不均一熱負荷並列ミニチャネルを流れる沸騰流の流量変動・伝熱特性の解明

非均匀热负荷平行微通道沸腾流流量波动与传热特性解析

• 批准号: 19J11483
• 负责人: 黒瀬 築
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J11483/
• 关键词: 並列ミニチャンネル; 不均一熱負荷; 沸騰熱伝達; 流量分配; 密度波振動; シミュレーション

本研究は，ヒートポンプ用高性能熱交換器の開発を目的として，流路間の熱負荷が均一・不均一な並列ミニチャンネルを対象に，実験により沸騰熱伝達，流量分配および流量振動（密度波振動）の基礎特性を明らかにするとともに，これらを予測するシミュレーションモデルの開発を行ったものである．まず基礎的な2並列ミニチャンネルを対象に，高温流体により冷媒を加熱する方法を用いて，実機を想定した平均流量・平均伝熱面温度条件における沸騰熱伝達実験を行った．実験では，伝熱面温度の流路間不均一度と冷媒への伝熱量の関係について，平均流量と分岐前乾き度を変えながら検討した．その結果，流路間の伝熱面温度差が拡大するにつれて，冷媒への伝熱量は，伝熱面温度が高い流路側ではほとんど変化せず，低い側では大きく低下し， 2流路平均の伝熱量は顕著に低下することを明らかにした．また，上記特性を予測するシミュレーションモデルを開発し，モデルにより得られた冷媒への伝熱量が，実験結果と定量的に一致することを確認した．さらに本モデルが，実験では測定の難しい各流路の流れ方向局所乾き度，局所熱伝達率，局所熱流束に加えて，各流路への冷媒分配量を予測でき，実験で生じた伝熱量変化のメカニズムを定量的に説明できることを確認した．さらに，並列ミニチャンネルで生じる密度波振動について，シミュレーションモデルを用いて検討した．まず，本モデルが，流量と圧力損失の時間変動を計算でき，密度波振動の発生機構を再現できること，実験で得た流量振動の周期と差圧振幅を精度よく予測できることを確認した．また，均一熱負荷の場合には，密度波振動の発生限界は流量によらず入口乾き度と平均出口乾き度の関係でよく整理できること，不均一熱負荷の場合には，均一熱負荷の場合に比べて流量振動が発生しやすいことが予測された．

这项研究旨在为热泵开发高性能的热交换器，并通过实验开发出一种模拟模型来预测这些模型，靶向流动路径之间具有均匀和不均匀的热载量的平行迷你渠道，并阐明沸腾热传递，流动分布和流动振动（密度波振动）的基本特征。首先，我们使用一种用高温流体加热制冷剂的方法，在平均流量和平均热传递表面温度条件下进行了沸腾的传热实验。在实验中，检查了传热表面温度的流动路径之间的不均匀性与传热量之间的关系，同时更改平均流速和分支前的干燥程度，同时检查了冷藏剂。结果，发现随着流动路径之间的热传递表面之间的温度差增加，热传递到制冷剂的热量在流动路径侧几乎不会变化，在该流路路径侧的热传递表面温度较高，但在较低的一侧显着降低，并且两种流道的平均热传递量显着降低。我们还开发了一个模拟模型，该模型可以预测上述特征，并确认通过模型获得的制冷剂的热传递量与实验结果一致。此外，我们确认该模型还可以预测每个通道的制冷剂分布量，除了在流动方向，局部传热系数和每个通道的局部热通量中的局部干燥外，这在实验中很难测量，并定量解释了实验中发生的热传递量变化的机制。此外，使用模拟模型检查了在平行微型通道中产生的密度波振动。首先，我们确认该模型可以计算流量和压力损失的时间变化，再现产生密度波振动的机制，并且可以准确预测实验中获得的流速振动的周期和差异幅度。此外，在均匀的热负荷的情况下，由于进气口的干燥与出口的平均干燥之间的关系，密度波振动的产生极限可以很好地组织，无论流速如何，并且可以预测，在非均匀的热负荷的情况下，与明可能的热负载相比，流动振动的可能性更大。

项目成果

The Characteristics of Flow Boiling Heat Transfer of R410A Heated Unequally between Two Parallel Mini-Channels

R410A两平行微通道不均匀受热流动沸腾传热特性

• 发表时间: 2019
• 作者: Shohei Sakai;Kizuku Kurose;Wataru Noboritate;Kazushi Miyata;Yoshinori Hamamoto
• 通讯作者: Yoshinori Hamamoto

並列ミニチャンネル内沸騰流の流量振動の発生に関するシミュレーション

平行微通道沸腾流中流量振荡发生的模拟

• 发表时间: 2019
• 作者: 黒瀬 築;宮田 一司;濱本 芳徳
• 通讯作者: 濱本 芳徳

An Experiment on Flow Boiling Heat Transfer of R410A Heated Non-uniformly between Two Parallel Mini-Channels

R410A两平行微通道非均匀受热流动沸腾传热实验

• 发表时间: 2019
• 作者: Wataru Noboritate;Kizuku Kurose;Kazushi Miyata;Yoshinori Hamamoto
• 通讯作者: Yoshinori Hamamoto

A Study on flow boiling heat transfer in non-uniformly heated parallel mini-channels by numerical analysis

非均匀加热平行微通道内流动沸腾传热的数值分析研究

• 发表时间: 2019
• 作者: Kizuku Kurose;Takuya Kawasuso;Kazushi Miyata;Yoshinori Hamamoto;Hideo Mori
• 通讯作者: Hideo Mori