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.

一种在垂直加热的平板中促进自然对流传热的强大方法是，当工作流体为液体时，使用微泡（以下称为细气泡）。但是，尚未全面理解包含细气泡的自然对流场的热流结构。这项研究旨在通过实验阐明细胞气泡注入对自然对流传热的影响，使用热电偶和粒子跟踪（PTV）的温度测量（PTV），所获得的发现如下所示，对于气体液的气体两相速度的体积如下所示，含量为34 <q <57mm^3/s的气体含量为34 <q <q <57mm^3/s。 （1）对于层流和湍流流域中所有测量条件的热传递率超过1。因此，可以说，通过使用细气泡，可以通过低气泡注入量来显着促进自然对流。湍流流域中的传热比小于层流盆地的传热率。换句话说，层流盆地中的细气泡注射的传热比显着。 （2）尽管层状和湍流流域中的热量比随气体液体注入的体积增加，但随着湍流流域中气体液体注入的体积的增加，传热率的增加是小于层流盆地中的热量。因此，在湍流流域中，在湍流流域注射细气泡或混合和搅拌效应所引起的对流效应在湍流流域中并不是特别明显。此外，层流盆地中气体液的两相速度测量结果表明，气泡注入上游的对流效应，而在下游混合和搅拌效果中是促进传热的因素。 （3）尽管随着层流和湍流流域的热通量的增加，传热速率的比率降低，但在湍流流域中传热比与热通量的降低速度大于地层盆地中的热通量。因此，在湍流流域中，由于流动特异性液体波动和气泡引起的液体波动之间的干扰，传热速率比可能低于1，这是由于相对较小的热通量可能低于1。

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

微細気泡注入による層流自然対流場の伝熱促進

微气泡注入强化层流自然对流场传热

• 期刊: 日本機械学会論文集B編 (投稿済み)
• 作者: 北川石英;小菅桂太;内田健司;萩原良道
• 通讯作者: 萩原良道