MEMSセンサによる核沸騰熱伝達メカニズムの解明

使用 MEMS 传感器阐明核态沸腾传热机制

• 批准号: 11J10651
• 负责人: 矢吹 智英
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Meiji University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J10651/
• 关键词: 沸騰熱伝達; MEMS; 孤立気泡; 局所温度計測; ミクロ液膜; プール沸騰; 熱伝達メカニズム; 伝熱工学; 干渉法

本年度は, 昨年度までに取得した気泡底部局所温度データからミクロ液膜初期厚さを算出し, 従来提案されてきた二つの流体力学モデルを基に液膜形成機構を調べた. まず, 壁面温度を用いた伝熱解析により得られた伝熱面表面の局所熱流束をミクロ液膜時間内で積分することにより, センサ位置におけるミクロ液膜初期厚さを算出し, 液膜初期厚さの空間分布に関する相関式を作成した. 次に, 気泡に押しのけられた液体が壁面上に作る速度境界層の厚さが液膜初期厚さを決定するとする境界層モデルと, 静的メニスカスとミクロ液膜の間に形成される動的メニスカスにおけるラプラス圧力勾配と粘性力の釣り合いが液膜初期厚さを決定するとする動的メニスカスモデルの二つを用いて液膜形成特性を調べた. 結果として, ボンド数Boによって液膜形成機構が異なることが示され, 比較的液膜形成速度の大きなBo>15の領域では境界層モデルによって液膜形成特性が説明され, 一方, 比較的液膜形成速度の小さなBo<15の領域では動的メニスカスモデルによって液膜形成特性が説明可能なことが明らかとなった. また, 二つの液膜形成モデルに基づいた実験結果のフィッティングにより90%以上の実験結果を30%以内の誤差で予測可能な無次元液膜厚さに対する実験相関式を作成した. さらに本年度は, プール沸騰実験で構築したMEMS計測技術を応用して, 垂直伝熱面のサブクール流動沸騰における気泡底部伝熱面温度の計測を実施し, 単一気泡流動沸騰における伝熱素過程を観察した. 実験では, 流速0.25m/s, サブクール度10K以下の条件で気泡下の伝熱挙動を詳細に示す温度データが取得され, 垂直伝熱面の流動沸騰においてもプール沸騰と同様にミクロ液膜の蒸発ドライアウト, ドライアウト領域のリウェッティングが生じていることが明らかとなった. 今後は, 数値計算技術の検証に資するデータの取得, サブクール流動沸騰伝熱特性の解明を目的として, 流速, サブクール度, 過熱度を変化させた系統的な実験を行うことを考えている.

This year, we obtained the results of the calculation of the initial thickness of the liquid film at the bottom of the bubble last year, and proposed the adjustment of the liquid film formation mechanism at the bottom of the bubble. The temperature of the wall surface is calculated by thermal analysis. The local heat flux on the surface of the hot surface is obtained by integrating the initial thickness of the liquid film over time. The correlation equation for the spatial distribution of the initial thickness of the liquid film is established. The thickness of the boundary layer depends on the initial thickness of the liquid film. The static boundary layer depends on the initial thickness of the liquid film. The dynamic boundary layer depends on the initial thickness of the liquid film. The results show that the liquid film forming mechanism of the comparative liquid film forming rate is different from that of the comparative liquid film forming rate of the comparative liquid film forming rate of the comparative liquid film forming The correlation equation for the calculation of the film thickness is established. The error of the calculation result is more than 90% and less than 30%. This year, MEMS measurement technology has been developed to measure the temperature of the bottom of the bubble in the vertical heat transfer surface, and the heat transfer process in the single bubble flow boiling has been observed. In practice, the flow velocity is 0.25m/s, the temperature of the bubble is below 10K, and the temperature of the bubble is measured in detail. The boiling of the vertical heat transfer surface and the evaporation of the liquid film are measured. In the future, numerical calculation technology will be used to obtain data, to solve the problem of flow boiling heat transfer characteristics, to solve the problem of flow velocity, to solve the problem of superheat, to solve the problem of system heat transfer.

项目成果

MEMS伝熱面上の孤立気泡核沸騰における液相温度場の干渉計測

MEMS传热表面孤立气泡核沸腾液相线温度场的干涉测量

• 发表时间: 2011
• 作者: 矢吹智英;濱口拓矢;中別府修
• 通讯作者: 中別府修

MEMSセンサによる核沸騰熱伝達機構の研究(水のプール飽和沸騰におけるミクロ液膜蒸発の気泡成長に対する寄与)

利用MEMS传感器研究核态沸腾传热机制（微液膜蒸发对水池饱和沸腾中气泡生长的贡献）

• 发表时间: 2013
• 作者: 矢吹智英;齊藤拓也;中別府修
• 通讯作者: 中別府修

MEMSセンサを用いた沸騰熱伝達の微視的計測

使用 MEMS 传感器对沸腾传热进行微观测量

• 发表时间: 2012
• 作者: 矢吹智英;斎藤拓矢;中別府修
• 通讯作者: 中別府修