少量の潤滑油を混入した超臨界流体の伝熱特性の実験測定と理論解明

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本研究では、超臨界圧CO_2への潤滑油(CO_2と部分相溶性あるのPAGオイル)の二相分離状態、流れパターンおよび熱伝達率、圧力損失特性について可視化観察、実験測定を実施し、その超臨界圧条件における潤滑油の挙動を明らかにすることが目的である。また、自由界面数値解析手法を用いて、超臨界状態における流動様式の遷移を理論的に解明し、潤滑油が混入した状態での流動及び伝熱特性を系統的に把握することを試みしている。19年度には前年度の実験測定、可視化研究および理論解析、数値計算の成果を踏まえて、高性能の内面溝付け管に対する潤滑油の影響を実験的に調べた。伝熱管の内径は2mm、リード角は0°と6.3°、面積拡大率は2だった。広い実験条件におけるオイルとリード角の影響を検討し、主な結論以下のように纏めた。(1)純冷媒の場合、溝付け管の熱伝達率は全体的に平滑管の約2倍になる;また、質量流束の増加と圧力の低下につれ、リード角6.3°の伝熱管が0°の伝熱管より熱伝達率が少し大きくなる傾向がみられる;(2)オイル濃度1%の場合、高温側領域にリード角の影響が小さい;低温側にリード角6.3°のほうは熱伝達率が大きい;(3)オイル濃度3%以上の場合、低温側と比べ、高温側の伝熱低下が大きい、ただし、オイル濃度、リード角によらずほぼ一定な値になる;(4)温度上昇につれ、オイル膜の熱抵抗が大きくなる、オイル膜が厚くなることを意味している;(5)リード角6.3°と比べ、0°のほうがオイル膜の熱抵抗が大きくなる。ただし、オイル濃度3%以上の場合差が小さい;(6)質量流束が大きい場合、オイル膜の熱抵抗が小さくなる。オイル膜が薄くなっていることを意味している;(7)リード角による圧力損失の影響は小さい.今後は、溝付け管における可視化研究および数値シミュレーションを行う予定である。