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1.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 油を含む冷媒の水平蒸発管内熱伝達係数の予測方法の確立 — Prediction of Heat Transfer Coefficients for Flow Boiling of Refrigerant-Oil Mixtures in Horizontal Evaporator Tubes
吉田 駿 ; YOSHIDA Suguru
研究期間: 1988-1989
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概要: 1.質量分率で0〜6%の油を含む冷媒の水平平滑蒸発管内熱伝達に関する実験および理論解析を行い、次のような結果を得た。 (1)気液が上下に分離した流れになる低流量の場合、冷媒に油が混入すると、主としてフォ-ミングによって管内周上のぬれ部分が増大するため、クオリティの広い範囲にわたって伝熱が向上する。 (2)比較的高流量になると、完全な環状流になっていない低クオリティ域では、同様にフォ-ミングのため伝熱は向上するが、環状流が形成される高クオリティ域では純冷媒の場合より伝熱が低下する。これは、液膜が薄い管頂側ほど油濃度が高くなり液の粘性係数が大きくなるため局所的に伝熱が著しく悪くなり、その結果周平均熱伝達係数が低下することになる。 (3)油を含む冷媒の周平均熱伝達係数は、高流量低熱流束の場合には、冷媒・油混合液の物性値を用いて、純冷媒の熱伝達予測式から見積ることができる。高流量高熱流束および低流量の場合には、管周上を管頂側の油濃度の高い領域と管底側の油濃度の低い領域に二分し、各油濃度に対応した物性値を用いて純冷媒の予測式から見積られる各領域の熱伝達係数を境界条件として管壁内の二次元熱伝導計算を行うことにより、十分な精度で予測することができると考えられる。 2.内面ら施溝付蒸発管を用いて実験を行い、次の結果を得た。 (1)油質量分率およびクオリティが大きいほど、伝熱は一般に悪くなるが、高流量高熱流束で低クオリティ域では伝熱の向上が認められる。 (2)低流量の場合、熱伝達係数は平滑管の値の約2倍であるが、この伝熱促進の程度は純冷媒の場合に比べて約2/3に低下している。高流量の場合、熱流束と油質量分率が大きくなると、純冷媒の場合とは異なり、高クオリティ域で著しい伝熱促進が達成される。 続きを見る
2.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 二成分混合冷媒を用いるヒートポンプの高性能蒸発器の開発
吉田 駿
研究期間: 1988
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概要: 1.R22-R114混合冷媒および各単一成分冷媒の水平平滑蒸発管内熱伝達に関する実験を前年度とは異なる条件で行い、混合冷媒の熱伝達係数は、核沸騰が伝熱に大きく寄与する領域では物性値が等価な単一成分冷媒より低くなるが、強制対流が支配的な領域では単一成分冷媒とほぼ等しいという前年度得た結果を再確認した。 2.混合冷媒の管内流沸騰・蒸発熱伝達に関する従来の整理式では上述の特性を十分考慮していないため、実験データの示す傾向を表すことができず新たな整理式を作成する必要がある。 3.管周方向に一様な厚さの液膜が形成される気液環状二相流の詳細な伝熱モデルを作成し、気相および液相中の成分冷媒の半径方向拡散が伝熱に及ぼす影響を計算して検討した結果、この影響は小さく、熱伝達係数がたかだか20%低くなる程度である。すなわち、核沸騰が生じていない強制対流支配域では、混合冷媒の蒸発管内熱伝達に及ぼす半径方向の物質拡散の影響は小さいことが理論的にも確認された。 4.混合冷媒の水平管内環状二相流領域における熱伝達係数は、管周方向に幾分変化し、単一成分冷媒の場合とは逆に、管頂部で低く管底部で高くなる。この原因を調べるために、液膜厚さの管周方向の分布形を仮定し、管周方向の物質移動も考慮したモデルに基づいて計算した結果、管頂部ほど液膜が薄くなり、それに伴って低沸点成分の濃度が小さくなって気液面温度が高くなるためであることを明らかにした。 5.内面にら旋状の微細な溝を加工した管を用いて、R22-R114混合冷媒および各単一成分冷媒の低流量域における沸騰・蒸発熱伝達の実験を行った結果、溝付管による伝熱促進の程度は、クオリティの低い領域で単一成分冷媒の場合より劣るが、高クオリティ域では単一成分冷媒の場合と同程度あるいはむしろ大きいということが明らかになった。 続きを見る
3.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 二成分混合冷媒を用いるヒートポンプの高性能蒸発器の開発
吉田 駿
研究期間: 1987
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概要: 1.水平蒸発管内で気液二相が環状流の流動様式になっている場合について, 単一成分冷媒に十分な精度で適用できる熱伝達予測式をR22-R114混合冷媒に適用して, 物性値の変化のみを考慮した組成による熱伝達係数の変化を推定した結果, R22の質量分率が40%程度までは組成による熱伝達係数の変化は小さく, これ以上の質量分率では質量分率が増すほど熱伝達係数は大きくなり, R22単一成分の値に近づくことがわかった. 2.R22-R114混合冷媒および各単一成分冷媒で得た実験データを上述の熱伝達予測式による値と比較検討した結果, 二成分非共沸混合冷媒の水平蒸発管内熱伝達においては, 一般に成分冷媒の拡散抵抗のために伝熱が悪くなるが, これは特に核沸騰が伝熱に寄与していると考えられる領域で顕著であることがわかった. 3.水平蒸発管内の二成分混合冷媒では, 他の条件が同じであっても組成が異なると周平均の伝熱特性に大きい影響を及ぼす気液二相の流動様式が違ってくる場合があること, 更に, 分離流における伝熱に寄与する液でぬらされた部分の面積比が組成によって異なってくることを実験により明らかにし, 二成分混合冷媒の伝熱特性を予測するためには, 拡散抵抗のほかに, これらの差異も考慮する必要があることを指摘した. 4.一様に加熱された円管内を高流量で流れる二成分非共沸混合冷媒の蒸発熱伝達を理論的に解析するために, 気液環状二相流の液膜流と蒸気コア流に対して, 質量, 運動量, 熱量および低沸点成分の質量それぞれの保存を考慮した詳細なモデルを作成した. このモデルを用いてR22-R114混合冷媒および各単一成分冷媒について計算した結果, 蒸気流中には濃度分布が幾分認められるものの, 熱伝達に及ぼす成分冷媒の拡散の影響は小さいことがわかった. 続きを見る
4.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 気液層状化を考慮した水平管内沸騰流熱伝達係数の予測方法の確立 — Prediction of Heat Transfer Coefficient for Flow Boiling in Horizontal Tubes
吉田 駿 ; YOSHIDA Suguru
研究期間: 1986-1987
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概要: 1.水と空気の水平管内二相流について流動様相を観察した結果, 管頂部が常に乾いている流れ, 管頂部にリビュレットが形成される流れ, 管頂部が間欠的に乾く流れおよび管全周が常にぬれている流れがそれぞれ認められた. R22の水平管内沸騰二相流でも同様な流動様相が観察された. 2.気液が上下に分離した流れの場合には, 液でぬれた部分と乾いた部分の境界は時間的に変動しており, これに対応して局所熱伝達係数も変動する. 時間平均局所熱伝達係数は管周方向で著しく異なった値になり, ぬれ境界の近傍で極大値をとる. このような分析をもつ時間平均局所熱伝達係数を管外周上の限られた点数の温度測定値から見積る妥当な方法を考案した. 3.ぬれている部分と乾いている部分の境界の管底点からの角度, すなわちぬれ境界角度は質量速度とクオリティによって大きく影響されるが, これはクオリティの増加による液位の低下と流速の増大による液膜の上昇によって説明できる. 後者の効果が優勢な場合には, 熱流束が低い程ぬれ境界角度は大きくなる. また, 管径が小さい程あるいは圧力が低い程, 一般にぬれ境界角度は大きくなる. 4.周平均熱伝達係数はぬれ境界角度と類似な傾向を示し, したがってその特性は主としてぬれ境界角度の特性によって説明できる. 5.分離流でぬれている部分の平均熱伝達係数および管全周がぬれている環状流での周平均熱伝達係数は, いずれも著者らが以前に提案した環状流の熱伝達整理式から予測することができる. 乾いている部分の平均熱伝達係数は, 蒸気単相流として従来の熱伝達整理式から算出される値とほぼ一致する. 6.上述の式から算出したぬれ部分と乾き部分それぞれの平均熱伝達係数の値およびぬれ境界角度の実測値を用いて, 水平管内沸騰流における管周平均の伝熱特性を見積ることができる. 続きを見る
5.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of ねじりテープ挿入蒸発管の高クオリティ域熱伝達に対する数値実験モデルの開発 — Development of Numerical Experimental Model for Heat Transfer in High Quality Region of Flow Boiling in Tube Evaporator with Twisted Tape-Insert
吉田 敬介 ; YOSHIDA Keisuke
研究期間: 1998-1999
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概要: 本研究は,ねじりテープの管内への挿入によってポストドライアウト域の伝熱を促進させ蒸発管長低減に寄与することを目標とし,テープの効果的な挿入方法を検討するために有用な噴霧流域の数値実験モデルを開発することを目的とした.管内沸騰流の熱伝達および限界熱流束実験と,計算機を用いた数値解析を主体とした. まず,試験液体としてHFC134aを使用した水平流(質量速度100〜600kg/m^2s)の管内流沸騰熱伝達および圧力損失の実験を行った.その結果,(1)外径7mm,内径6.34mmの平滑管を用いて行った伝熱特性ならびに限界熱流束と限界クオリティの関係は,本研究者らがこれまでに得た実験結果と同じ傾向を示すこと,(2)平滑管内にステンレス製ねじりテープを挿入した場合のポストドライアウト域熱伝達の促進割合は,本研究者らがこれまでに得たCFCl13に対する実験結果と定性的に一致すること,が明らかになった. 次に,テープ挿入による旋回流の熱伝達を考察するため回転体における熱伝達に関する知見をまとめるとともに,ねじりテープ挿入管の伝熱特性の予測に有用な液滴挙動の数値モデルを提案した.すなわち,気流中に存在する単一液滴が伝熱面に衝突し,伝熱面から非定常熱伝導によって液滴へ熱が伝わる伝熱モデルに対し,気液界面での相変化を考慮したVOF法による液滴熱伝達の数値シミュレーションを試みた.その結果,(1)気液境界を含むセルを界面温度に定義すると熱移動の計算が実際の結果と大きく異なるものの,境界面での温度勾配を考えるとその計算は複雑になること,(2)液滴が付着し蒸発開始直後のシミュレーションは可能になるが,液滴の浮上に対する適切な条件を見出すことが困難であること,が明らかになった. さらに,管壁温度分布の簡便な測定方法として,不可逆性感温塗料を管外壁に塗布する方法を提案し,回転体の表面に対して行った実験から,その有効性を確かめた. 続きを見る