水蒸気凝縮を利用した二酸化炭素分離器開発のための基礎研究

开发利用水蒸气冷凝的二氧化碳分离器的基础研究

• 批准号: 17760168
• 负责人: 井上 浩一
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Kyushu University
• 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-17760168/
• 关键词: 凝縮熱伝達; 不凝縮ガス; 管群; 熱・物質伝達

将来の二酸化炭素回収対応各種発電システムで必要となる二酸化炭素分離器の開発を目標に,その基礎現象である水平管外面における水蒸気-不凝縮ガス混合気からの水蒸気凝縮に関する研究を行った.今年度は知見の乏しい混合気中の水蒸気濃度が10-50%の領域において熱・物質伝達データを収集するとともに特に熱・物質伝達に及ぼす凝縮水挙動の影響に着目して実験を行った.熱・物質伝達への凝縮水の影響が顕著になる大型管群(2行×24段)を用いた実験を行い,管群の単相強制対流熱伝達予測式であるZhukauskas式を基に熱・物質伝達のアナロジ成立を仮定して計算される熱交換量の計算値と実験値の比較検討を行った.その結果,次のことが明らかとなった.(i)管群全熱交換量の実験値は計算値よりも高く,その差は凝縮水量の増加とともに増加する.(ii)管群内局所熱交換量の実験値はすべての箇所において計算値よりも高く,その差は凝縮水量が多くなる下部管群ほど拡大する.この結果から冷却管に付着した凝縮水表面の波立ちや飛散凝縮水の冷却管近傍対流境界層かく乱による熱・物質伝達促進効果の存在が予想された.なお純蒸気凝縮の場合に問題となるイナンデーションは顕著に確認されなかった.単管および小管群(1行×4段)を用いた実験を行い,冷却管近傍の流体温度および凝縮水挙動に関する各種計測を行って,熱・物質伝達に及ぼす凝縮水の影響について詳細検討を行った.凝縮水発生量の増加によって,冷却管表面の凝縮水の波立ちが大きくなり,冷却管近傍の温度変動幅も大きくなる結果から,凝縮水による対流境界層のかく乱が熱・物質伝達を促進させる主な原因であることが確認できた.

In the future, it is necessary to study the basic phenomena of water vapor condensation outside the horizontal tube for the development of diacidified carbon separators. This year, we know that the concentration of water vapor in the mixed gas is 10-50%, and the influence of heat and material transfer and condensation on the behavior of the mixed gas is very important. The influence of heat and mass transfer on condensation and shrinkage of large tube groups (2 rows ×24 segments) is studied. The prediction formula of heat and mass transfer is established based on Zhukauskas formula. As a result, the second time, the second time, the third time. (i)The total heat exchange rate of the tube group is higher than the calculated value, and the difference is higher than the condensed water amount. (ii)The heat exchange rate of the local unit in the tube group is higher than the calculated value of the local unit in the tube group, and the difference is higher than the condensed water amount in the lower tube group. As a result, the existence of heat and material transfer promoting effects in the cooling tube near the boundary layer of the cooling tube is expected. In case of pure evaporation and condensation, the problem is confirmed. Single tube and small tube group (1 row ×4 segments) are used in the middle of the operation, the temperature of the fluid near the cooling tube and the influence of condensation shrinkage are measured in detail, and the influence of heat and material transfer and condensation shrinkage is discussed in detail. Condensation and shrinkage increase, condensation and shrinkage on the surface of the cooling tube increases, temperature changes near the cooling tube increase, condensation and shrinkage increase, heat and matter transfer increase, and the main reason is confirmed.

项目成果

管群を用いた水蒸気一空気混合気の凝縮熱伝達実験

管组蒸汽-空气混合物冷凝传热实验

• 发表时间: 2007
• 期刊: 第44回日本伝熱シンポジウム講演論文集 (印刷中)
• 作者: 藤本;井上;他3名
• 通讯作者: 他3名