マイクロバブルを含んだ乱流自然対流場の総合的理解に関する研究

包括微气泡在内的湍流自然对流场的综合认识研究

• 批准号: 17760166
• 负责人: 北川 石英
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Kyoto Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760166/
• 关键词: 自然対流熱伝達; マイクロバブル; 混相流; PTV; LIF

鉛直加熱平板における自然対流熱伝達を促進させる有力な方法として,作動流体が液体の場合には,マイクロバブル(以下,微細気泡)の利用が考えられる.しかしながら,微細気泡を含んだ自然対流場の熱流動構造は,未だ包括的に理解されていない.本研究では,自然対流熱伝達に対する微細気泡注入の影響を実験的に明らかにすることを目的とし,熱電対による温度計測とPTV(Particle Tracking Velocimetry)による気液二相速度同時計測を行った.気泡注入量gが,34<Q<57mm^3/sの範囲において,得られた知見を以下に示す.(1)層流域・乱流域ともに,微細気泡注入により,全ての計測条件に対して熱伝達率比が1を超える.このため,微細気泡を用いることにより,低気泡注入量で自然対流の大幅な伝熱促進が可能であると言える.なお,乱流域での熱伝達率比は,層流域でのそれよりも小さい.つまり,微細気泡の注入による伝熱促進は,層流域で顕著となる.(2)層流域・乱流域ともに,気泡注入量の増加に伴い熱伝達率比が増加するものの,乱流域での気泡注入量に対する熱伝達率比の増加率は,層流域でのそれよりも小さい.このため,乱流域では,層流域に比して,微細気泡の注入により誘起される移流効果もしくは混合・かくはん効果が顕著とならない.なお,層流域での気液二相速度計測結果から,上流では,気泡注入による移流効果が,下流では,混合・かくはん効果が伝熱促進の要因であることが明らかとなった.(3)層流域・乱流域ともに,熱流束の増加に伴い熱伝達率比が低下するものの,乱流域での熱流束に対する熱伝達率比の低下率は,層流域でのそれよりも大きい.このため,乱流域では,流れ固有の液体変動と気泡誘起型の液体変動との干渉により,比較的小さな熱流束で,熱伝達率比が1を下回る可能性がある.

Vertical heating plate に お け る natural heat flow 伝 of seaborne を promote さ せ る powerful な method と し て, actuation fluid が liquid の occasions に は, マ イ ク ロ バ ブ ル (below, subtle 気 bubble) の using が exam え ら れ る. し か し な が ら, contains subtle 気 bubble を ん だ natural flow の seaborne thermal flow structure は, not だ including に understand さ れ て い な い. This study で は, natural flow heat 伝 of seaborne に す seaborne る imperceptible 気 foam injection の influence を be 験 に Ming ら か に す る こ と を purpose と し, thermoelectric に seaborne よ る thermometer measured と PTV (Particle Tracking Velocimetry) に よ る 気 liquid two phase velocity at the same time measuring line を っ た. 気 foam injection g が, 34 < Q < 57 mm ^ 3 / s の van 囲 に お い て, too ら れ た knowledge を に す indicated below. (1) layer of river basin, basin と も に, subtle 気 foam injection に よ り, full て の measuring conditions に し seaborne て hot 伝 da rate than が 1 を super え る. こ の た め, subtle 気 bubble を with い る こ と に よ り, low 気 foam injection で natural flow の polices Sharply な 伝 hot promote が may で あ る と said え る. な お, disorderly watershed で の hot 伝 rate than は, layer basin で の そ れ よ り も small さ い. つ ま り, subtle 気 bubble の injection に よ る 伝 hot promote は, layer basin で 顕 the と な る. (2) layer basin, disorderly watershed と も に, 気 foam injection の raised に with い requirement by heat 伝 da rate than が raised plus す る も の の, disorderly watershed で の 気 foam injection に す seaborne る hot 伝 rate than は の raised and rate, layer basin で の そ れ よ り も small さ い. こ の た め, disorderly watershed で は, layer basin に than し て, subtle 気 bubble の injection に よ り induced さ れ る advection unseen fruit も し く は mixed · か く は ん unseen fruit が 顕 the と な ら な い. な お, layer basin で の 気 liquid two phase velocity measuring results か ら, high-class で は , 気 bubble injection に よ る advection unseen fruit が, obscene で は, mixing, か く は ん unseen fruit が 伝 hot promote の by で あ る こ と が Ming ら か と な っ た. (3) layer basin, disorderly watershed と も に, heat flow の raised beam plus に with い hot 伝 da rate lower than が す る も の の, disorderly watershed で の heat flow beam に す seaborne る hot 伝 rate than は の is low rate, layer basin で の そ れ よ り も Big き い. こ の た め, disorderly watershed で は, inherent の liquid flow れ - move と 気 bubble induced type の liquid - と の dry involved に よ り, compare small さ な heat bundle で, hot 伝 da rate than が 1 を が る possibility next time あ る.

项目成果

微細気泡を含んだ層流自然対流の流動構造の解明

含微泡层流自然对流流动结构的阐明

• 发表时间: 2005
• 期刊: 日本混相流学会年会講演会2005講演論文集
• 作者: Keita Kosuge;Kenji Uchida;Atsuhide Kitagawa;Yoshimichi Hagiwara;内田健司;Atsuhide Kitagawa;小菅桂太;小菅桂太
• 通讯作者: 小菅桂太

Heat transfer enhancement for water natural convection along a vertical plate by micro-bubbles

微气泡对水沿垂直板自然对流的强化传热

• 发表时间: 2007
• 期刊: Proc.6th International Conference on Multiphase Flow (投稿済み)
• 作者: Kenji Uchida;Keita Kosuge;Atsuhide Kitagawa;Yoshimichi Hagiwara
• 通讯作者: Yoshimichi Hagiwara

微細気泡を含んだ層流自然対流場における相間相互作用の実験的研究

含微泡层流自然对流场相相互作用的实验研究

• 发表时间: 2005
• 期刊: 第42回日本伝熱シンポジウム講演論文集 Vol.III
• 作者: Keita Kosuge;Kenji Uchida;Atsuhide Kitagawa;Yoshimichi Hagiwara;内田健司;Atsuhide Kitagawa;小菅桂太
• 通讯作者: 小菅桂太

Enhancement of natural convection heat transfer along a vertical plate by micro-bubbles

微气泡沿垂直板增强自然对流换热

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proc. 4th European-Japanese Two-Phase Flow Group Meeting
• 作者: Keita Kosuge;Kenji Uchida;Atsuhide Kitagawa;Yoshimichi Hagiwara
• 通讯作者: Yoshimichi Hagiwara

層流自然対流場における微細気泡混入による伝熱促進

层流自然对流场中细小气泡夹杂物强化传热

• 发表时间: 2006
• 期刊: 第43回日本伝熱シンポジウム講演論文集 (投稿済み)
• 作者: Keita Kosuge;Kenji Uchida;Atsuhide Kitagawa;Yoshimichi Hagiwara;内田健司
• 通讯作者: 内田健司