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 local temperature at the bottom of the bubble and calculated the initial thickness of the liquid film last year. Here comes the proposal of "Fluid Dynamics Liquid Film Forming Mechanism". The wall surface temperature is obtained by thermal analysis of the hot surface, and the local heat flow beam of the hot surface is integrated within the time of the liquid film. The initial thickness of the liquid film is calculated based on the position of the liquid film, and the spatial distribution of the initial thickness of the liquid film is determined by the correlation formula. The thickness of the liquid film on the wall is determined by the speed of the boundary layer and the initial thickness of the liquid film. The static liquid film is formed by the liquid film, and the moving liquid film is combined with the viscous force. The initial thickness of the liquid film determines the thickness of the liquid film, and the liquid film formation characteristics of the liquid film are controlled by the liquid film. Result of the liquid film forming mechanism, Comparative liquid film formation speedの大きなBo>15の区では Realm layerモデルによってLiquid film formation characteristicsがExplanationされ, one side, Comparative liquid film formation speed の small さなBo < 15 の field では movable メニスカスモデルによって liquid film formation characteristics が explanation possible なことが明らかとなった. また,二つの Liquid Film Formation づいた実験 Result のフィッティングにより More than 90% の実験As a result, it is possible to predict the error within 30%, and the non-dimensional liquid film thickness is calculated based on the correlation equation.さらにThis year, プール殟験でConstructionしたMEMS measurement technologyを応して, Vertical hot surfaceのサブクールFlow boilingにおける気気bottom伝hot surface temperatureのmeasurementを実时し, Single bubble flow boiling method, flow rate 0.25m/s, The details of the conditions under which the heat treatment temperature is below 10K and the temperature of the heat sink under the bubble are obtained. Vertical hot surface の flow boiling に お い て も プ ー ル boiling と 様 に ミ ク ロ liquid film の steam 発 ド ラ イ ア ウ ト, From now on, Acquisition of numerical calculation technology certificate, flow boiling thermal characteristics of flow boiling, purpose of explanation, flow rate, flow rate, The superheat degree is changed and the system is changed.

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