飛躍的な熱伝達を達成する焼結型多孔質伝熱管の伝熱メカニズムの解明と応用研究

实现剧烈传热的烧结多孔传热管传热机理阐明及应用研究

基本信息

批准号：
21K03914
负责人：
榎木光治
金额：
$ 2.58万
依托单位：
The University of Electro-Communications
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

焼結多孔質金属体の持つ，従来とは異なる非常に高い伝熱性能は，実験的研究から間違いないものであり，再現性のチェックも行った．そこで昨年度からはじめた数値計算シミュレーションにて，実験的研究と同じ実験条件でCFD解析ができるかを今年度は本格的に試みた．数値シミュレーションに入力する多孔質体構造は，実際に実験で使用した伝熱管をCTスキャンして，それをCFDソフトに入力して解析した．伝熱管は管内に多孔質体を充填したとき，管外に充填したときの2種類である．この結果，実験で得られていた200℃以上の高温感想空気を多孔質体25mmの管内充填に通過させた後は，数値シミュレーションと同様に5℃程度と一致し，流速が速くなるにつれて出口温度が30℃に上がっていく定性的な性質まで一致した．管外についての一致も良く，およそ全温度域で7％以内の制度で出口温度を再現することに成功した．これらの結果から，実験的研究では得られなかった，多孔質体内の温度や速度分布の状況がCFD解析で理解できる様になった．つまり本研究の目的である焼結多孔質金属体の飛躍的な伝熱メカニズムの全容解明に向けた大きな結果が得られたと言える．最終年度の２０２３年度は，どのように伝熱管を設計すれば良い伝熱性能を持つ熱交換器が産み出せるかについて結論を出したいと考えている．

与传统材料不同，烧结金属多孔体具有极高的传热性能，这在实验研究中是显而易见的，我们也检查了其再现性。因此，今年我们全面尝试在与去年开始的数值模拟实验研究相同的实验条件下进行CFD分析。通过对实验中实际使用的换热管进行CT扫描并输入CFD软件，对输入数值模拟的多孔体结构进行分析。传热管有两种类型：一种是管内填充多孔材料，一种是管外填充。结果，实验中获得的200℃以上的高温空气通过充满空气的25mm多孔管后，温度约为5℃，与数值模拟中的情况相同，随着流量的增加，出口温度甚至一致同意温度上升到30℃的定性。管外的一致性也很好，我们成功地在整个温度范围内以 7% 以内的精度再现了出口温度。根据这些结果，可以使用CFD分析来了解多孔体内的温度和速度分布，这是通过实验研究无法获得的。换句话说，可以说，我们在彻底阐明烧结金属多孔体的剧烈传热机理方面取得了重大成果，这也是本研究的目的。 2023年，即该项目的最后一年，我们希望就如何设计传热管以生产具有良好传热性能的换热器得出结论。