減圧環境下における衝突液滴の局所除熱特性および液滴内部の沸騰気泡解析

减压环境下液滴碰撞及液滴内部沸腾气泡局部散热特性分析

• 批准号: 20K14676
• 负责人: 畠中 龍太
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Japan Aerospace EXploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14676/
• 关键词: 薄膜熱電対; 液滴衝突; 全反射法; TIR; ライデンフロスト; 核沸騰; 気泡成長; 液滴; 減圧環境; 気泡核生成

本研究の最終目標は、減圧環境下において、雰囲気ガスの相対湿度の調整を行った上で加熱面に単一液滴を衝突させ、固体表面温度の高時間/空間分解能計測と全反射法(TIR)による固液接触部計測の2つを同時実施することで気泡成長と壁面熱流束を評価すること、およびそれを用いて液滴の加熱面衝突現象における減圧環境の影響を解明することである。FY2022は同時計測システムにおける温度データ校正試験手法に関して外部有識者と議論を進め、その見直しを行った。現在の熱電対アレイの構成では、薄膜熱電対部分と（同材料で構成される）リード線部分のゼーベック係数の効果を分離できず、両者のゼーベック係数に差がある場合は温度絶対値を正しく評価できないことがわかった。そこで、薄膜熱電対アレイに校正試験専用の薄膜測温抵抗体を形成する前提で成膜パターンの変更を行い、TIR/温度計測の同時実施のコンフィギュレーション（真空デシケータ内）で校正試験を行うための手順検討や治具の設計を実施した。また、これまでに得られた実験データの解釈（特に濡れ広がる液滴内部の成長気泡の底部におけるミクロ液膜の有無）に関し、文献調査・検討・外部有識者と議論を進めた。現時点では液膜は無い可能性が高く、その前提で観測されている気泡成長速度を再現できるような物理モデルの検討を進めている。TIR計測と温度計測の同時実施自体には成功しており、液滴実験において既に興味深いデータは得られているが、論文執筆のためは校正手順の構築と計測の不確かさの定量的な把握が不可欠であるため、FY2023中にその問題を解決し、査読論文１本としてまとめることを目指す。

这项研究的最终目的是，在减压环境中，调整了大气气体的相对湿度，并与加热表面相撞，而固体表面温度是高/空间分辨率测量和总反射方法（通过TIR同时实施固体液体接触部分测量）（通过TIR同时实现固体液体接触部分测量）（通过评估气泡的生长和壁热波动来评估），并使用它来阐明减压表面碰撞现象中解压缩环境的影响来评估。液体。 FY2022与外部专家讨论了时钟测量系统中的温度数据校准测试方法并对其进行了审查。在当前的热电联盟会员配置中，如果无法分离薄膜热电部分和铅线（由相同材料组成）的Zebeck系数的效果，并且两者的Zebec系数有差异，则有差异温度绝对值是正确的。因此，为了在形成薄膜测量温度电阻的前提下更改膜形成模式，该温度电阻器用于薄膜热电和阵列中的校准测试，并在配置（真空干燥器中）进行校准测试，以同时实现TIR/温度测量。此外，已经通过文献调查讨论了迄今为止获得的实验数据的解释（尤其是在湿液滴内生长气泡的底部存在或不存在微型液体膜），并与外部专家进行了讨论。目前，没有液体膜很高，并且在该前提下，正在检查物理模型以重现气泡的生长速度。 TIR测量和温度测量本身的同时实现已经成功，并且在液滴中已经获得了有趣的数据，但是对于编写论文，构造程序的构建以及对测量的不确定性的定量掌握。旨在解决2023财年的问题，并将其作为协会之一。

项目成果

減圧環境下で高温壁面に衝突する液滴のVapor rebound現象

减压环境下液滴与高温壁面碰撞的蒸气反弹现象

• 发表时间: 2022
• 作者: 畠中 龍太、J. Breitenbach;I. V. Roisman;C. Tropea;田川 義之
• 通讯作者: 田川 義之

Darmstadt工科大学/Otto-von-Guericke- Universitat Magdeburg(ドイツ)

达姆施塔特工业大学/奥托·冯·格里克-马格德堡大学（德国）