ヒートポンプサイクルにおけるナノ流体の動特性の解明

阐明热泵循环中纳米流体的动态特性

• 批准号: 13F03357
• 负责人: 党 超鋲
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13F03357/
• 关键词: 液膜計測; レーザー計測; 流動様式; 数値解析; 微細流路伝熱; 液膜厚さ; 表面張力波; 非共沸冷媒; 凝縮伝熱特性; 管内凝縮伝熱; 非共沸混合冷媒; 低GWP冷媒; 液膜挙動測定; 数値計算; 環状流; スラグ流

研究概要：外国人特別研究員の研究テーマは，当初「ヒートポンプサイクルにおけるナノ流体の動特性の解明」として申請したが，来日後，本人の希望により，マイクロ伝熱機器の開発に重要である微細流路内の気液二相流動の薄液膜挙動の計測に変更した．具体的に，内径0.5～2 mm程度の微細流路を対象として，スラグ流および環状流における壁面付近形成する薄液膜の直接計測および理論モデリング，数値解析による薄液膜の挙動を検討した．研究成果：1.スラグ流における液膜厚み計測：まず，微細流路を流れるスラグ流の気泡速度と液膜厚さをレーザー共焦点変位計で計測し、液相の物性や微細流路の寸法の影響を評価した．液膜厚み計測値はキャピラリー数が大きいほど厚くなる傾向が見えるが，液相が水，エタノール，KF-96L-2csの場合は従来モデルとよく一致した結果が得られた.ただし、表面張力が低いあるいは液気密度比が小さい条件ではキャピラリー数の大きい乱流膜領域では大きいずれが生じる．詳細な検討が必要と示唆される．2.環状流における液膜厚み計測：本研究における実験条件の多くは，液相気相共にレイノルズ数が2300以下であるが，液相の乱れの影響を考慮することで実験値と一致した結果が得られた．ただし，5種類の液相内で表面張力および粘性が最も小さいFC72と，液気密度比の小さい潤滑油においては，他の液相と比べ予測の精度が悪くなり，液相の表面張力と粘性の影響に関する更なる詳細の検討が必要である．3.　微細流路内の薄液膜挙動の数値計算：流動速度，物性による液膜厚みの変化を理解するため，自由界面流れの数値解析を行った．自由界面追跡はVOF－LEVEL　SET法を用いた．計算結果からは、液膜の乱れが蒸気流速に従って大きくなり，液膜厚みが蒸気流速に従って薄くなる結果が得られた．計算した液膜厚みと実験計測との平均誤差は4.1％～20％程度であった．

Summary of research: The research of foreign special researcher is based on the application of "Solution of dynamic characteristics of fluids" at the beginning, and in the future, my hope is to improve the measurement of thin liquid film motion of two-phase flow of gas in micro-flow channels. Specifically, the image of a micro-channel with an inner diameter of 0.5 to 2 mm is directly measured and theoretically analyzed for the formation of a thin liquid film near the wall surface of the micro-channel. Research achievements: 1. Measurement of liquid film thickness of fluid flow in microchannels: evaluation of the influence of microchannels on the measurement of liquid phase physical properties and microchannels size. The liquid film thickness measurement value is opposite to the number of large and medium thickness, and the liquid phase is opposite to the water, KF-96L-2cs, and the results are consistent. The surface tension is low, the liquid density ratio is small, and the turbulent film field is large. 2. Measurement of liquid film thickness in annular flow: In this study, the number of liquid phase interaction is less than 2300, and the influence of liquid phase interaction is considered. The surface tension and viscosity of five kinds of liquid phase are the smallest, FC72 is the smallest, the liquid density ratio is the smallest, the prediction accuracy of other liquid phase ratio is the smallest, and the influence of surface tension and viscosity of liquid phase is more necessary. Calculation of numerical values of thin liquid film motion in micro flow path: flow velocity, physical properties, liquid film thickness, and numerical value analysis of free interface flow. Free interface tracing VOF-LEVEL SET method is used. The calculation results show that the liquid film thickness and vapor flow rate are very high, and the liquid film thickness and vapor flow rate are very low. The average error of calculation and measurement of liquid film thickness is 4.1%~20%.

项目成果

Analysis of liquid film characteristics for gas-liquid annular flow in micro-channel

微通道内气液环流液膜特性分析

• 发表时间: 2015
• 作者: Hao Peng;Yuki Yoshinaga;Chaobin Dang;Eiji Hihara
• 通讯作者: Eiji Hihara

微細流路内気液二相流における薄液膜厚さの予測

微通道内气液两相流薄液膜厚度预测

• 发表时间: 2014
• 作者: Abdul Motin Howlader;Naomitsu Urasaki;Atsushi Yona;Tomonobu Senjyu;Ahmed Yousuf Saber;Hao Peng, 吉永祐貴，党超鋲，飛原英治
• 通讯作者: Hao Peng, 吉永祐貴，党超鋲，飛原英治

マイクロ熱交換器に関する研究

微型换热器的研究

東京大学人間エネルギー環境学研究室ホームページ :

东京大学人类能源与环境研究实验室主页：

Experimental Study on Liquid Film Thickness of Annular Flow

环形流液膜厚度的实验研究

• 发表时间: 2014
• 作者: Yuki Yoshinaga;Hao Peng;Chaobin Dang;Eiji Hihara
• 通讯作者: Eiji Hihara