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核沸騰を用いた液膜蒸発の安定化により高熱流束熱輸送を実現する伝熱促進機構の解明

阐明通过利用核态沸腾稳定液膜蒸发来实现高热通量传热的传热促进机制

基本信息

批准号：
22KJ2240
负责人：
乳原励
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

熱機器の省冷媒化と大容量・高熱流束徐熱を両立するにあたり，伝熱面に冷媒液をかけ流し気化させる「流下液膜蒸発熱伝達」の活用が有望視される．流下液膜を用いた熱輸送では，流量分布を均一化し液膜流を安定化することが重要である．本研究では，沸騰気泡の細径化と沸騰核密度の増大に着目し，伝熱面に核沸騰促進を施した際の熱伝達特性および沸騰気泡による液膜流安定化の効果を解明する．2022年度は，昨年度製作した実験装置により，傾斜平面上の液膜厚さおよび液膜蒸発熱伝達の評価を進めた．伝熱面として，平滑面に加え，無酸素銅をアークワイヤー溶射した溶射面（表面粗さRa = 20 μm）のデータを取得した．非加熱時の平均膜厚は，溶射面であっても平滑面と同等の値を示し，Ref < 2000の範囲ではNusseltの層流液膜理論と良好に一致し，それ以上の流量域では液膜が厚くなる乱流遷移の傾向が確認された．加熱時は，沸騰開始前は溶射面も平滑面と同程度の平均膜厚であったが，沸騰開始後は溶射面の方が液膜内の気泡数密度が高くなり，平滑面に対し3 ~ 4倍の平均膜厚となった．特に，100kW/m2の最高熱流束を経たのち熱流束を低減させた場合，沸騰核が維持されることで液膜が厚い状態が保たれた．なお，平滑面の平均膜厚については，傾斜角，熱流束，液膜流量のべき関数で整理されることを明らかにした．溶射面の熱伝達率について，こちらも熱流束低減過程で沸騰核密度の増大効果が強く現れ，平滑面に対し最大2.5倍の伝熱促進が得られた．また，ドライパッチが発生しない条件において，溶射面では沸騰核が広範囲に分布するため伝熱面温度分布が均一化した．以上より，溶射面の核沸騰促進効果が流下液膜の安定形成に有効であることが示された．平滑面の結果は国際誌の学術論文1編と国内会議の口頭発表1件で公開し，溶射面の結果は国内会議の口頭発表1件で公開した．

The application of "downward liquid film evaporation heat transfer" is expected to be realized by saving freon in thermal machinery, high capacity and high heat flux beam, and heat transfer in thermal surface. It is important to homogenize the flow distribution and stabilize the liquid film flow. In this study, we aim to investigate the effects of the thinning of boiling bubbles and the increase of boiling nucleus density on the thermal properties of nucleate boiling promotion and the stabilization of liquid film flow in boiling bubbles. Heat transfer surface, smooth surface, acid-free copper solution surface (surface roughness Ra = 20 μm) The average film thickness under non-heating conditions is not consistent with the laminar film theory of Ref < 2000. The turbulent migration tendency of the film thickness in the above flow regions is confirmed. When heating, the average film thickness of the smooth surface of the solution film is the same before boiling starts, and the bubble number density in the solution film of the square surface of the solution film is high after boiling starts, and the average film thickness of the smooth surface is 3 ~ 4 times higher. In particular, the highest heat flux of 100kW/m2 is maintained at a low temperature, and the boiling nuclei are maintained at a high temperature. The average film thickness of smooth surface, inclination angle, heat flux, film flow rate, etc. The heat transfer rate of the radiation surface is increased by 2.5 times, and the heat transfer rate of the smooth surface is increased by 2.5 times. The temperature distribution on the hot surface becomes uniform under the conditions of boiling nucleation. As mentioned above, the nucleate boiling of the solution surface promotes the stable formation of the downflow liquid film. The results of smooth surfaces are published in the academic papers of international journals and oral presentations of domestic conferences. The results of dissolved surfaces are published in the oral presentations of domestic conferences.

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

水平管外HFO1233zd(E)流下液膜蒸発熱伝達率に及ぼす動作圧力の影響

工作压力对水平外管HFO1233zd(E)降膜蒸发传热系数的影响

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ubara Tsutomu;Asano Hitoshi;Sugimoto Katsumi;乳原励，澤渡一哉，杉本勝美，浅野等;平井啓裕，乳原励，澤渡一哉，浅野等，杉本勝美;乳原励，杉本勝美，浅野等;澤渡一哉，乳原励，杉本勝美，浅野等
通讯作者：
澤渡一哉，乳原励，杉本勝美，浅野等

Heat transfer enhancement of falling film evaporation of HFO-1233zd(E) and HFC-134a on a horizontal tube by thermal spray coating

热喷涂强化HFO-1233zd(E)和HFC-134a在水平管降膜蒸发的传热