Understanding dynamic heat transfer characteristics of dropwise condensation using high-speed thermal visualization techniques

使用高速热可视化技术了解滴状冷凝的动态传热特性

• 批准号: 22K14194
• 负责人: 喜多 由拓
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14194/
• 关键词: 滴状凝縮; 伝熱; 可視化; 感温塗料; 滴状凝縮; 伝熱; 可視化; 感温塗料

本研究では，高時空間・温度分解能を両立した熱計測システムを開発し、滴状凝縮における局所的な非定常伝熱特性を実験的に明らかにすることで、高熱伝達率を有する滴状凝縮の熱伝達メカニズムや膜状凝縮への遷移メカニズムを解明することを目的としている。本年度は，研究の核となる熱計測システムを開発した。本システムは凝縮伝熱面の温度分布を取得することを目的とするが、凝縮面の裏側に冷却水を流す必要があるため、水を透過しない赤外線カメラを使うことはできない。そこで、本研究では感温塗料（Temperature Sensitive Paint; TSP）を採用した実験系を考案した。本年度はTSPの塗布条件を含めた基板構造の検討、実験装置の設計・製作ならびに温度・熱流束解析プログラムの開発を行った。実験装置の制約上、低熱流束域のみの実験に限られたが、滴状凝縮における液滴分布に対応する温度・熱流束分布の取得に成功した。現行の赤外線カメラ（~10 fps / ~10 μm）に相当する時空間分解能を達成した。今後の課題としては、ノイズ低減、TSPの劣化による計測データへの影響の検討、高熱流束域における実験が挙げられる。ノイズに関しては、生の画像データ（光強度）を温度に変化した後に適当なノイズフィルターを適用することが考えられる。現状、低熱流束域の実験しかできていないが、高熱流束の実験ではノイズの影響はより小さくなると考えられる。TSPの劣化に関しては、劣化を最小限にするための実験条件の検討、ならびに励起光照射時間と劣化量の定量化を行う予定である。最後に高熱流束域の実験については、冷却水温度は現状限界まで低くしているため、蒸気温度を上げて実験を行うことを検討している。研究実施者が知る限り、このレベルの解像度で凝縮における温度・熱流束分布を取得した実験例はなく、長年進歩が見られなかった凝縮伝熱分野において大きな学術的価値を有する。

这项研究旨在开发一种结合高时空和温度分辨率的热测量系统，并通过实验阐明液滴冷凝的局部非静态热传热特性，阐明液滴冷凝的局部非平稳传热特征，并通过实验澄清局部非静态热传热特性，从而阐明液滴凝结的局部非平稳传热特征。今年，我们开发了一种热测量系统，该系统将成为我们研究的核心。该系统的目的是获取冷凝传热表面的温度分布，但是由于必须将冷却水在冷凝表面后面流动，因此不能使用不穿过水的红外摄像机。因此，在这项研究中，我们使用温度敏感油漆（TSP）设计了一个实验系统。今年，我们研究了底物结构，包括TSP的应用条件，设计和制造的实验设备，并制定了温度和热通量分析程序。由于实验设备的局限性，实验仅限于低热通量区域，但是我们能够获得与液滴状凝结中的液滴分布相对应的温度和热通量分布。达到当前红外摄像机（〜10 fps/〜10μm）等效的时空分辨率。未来的问题包括降低噪声，检查TSP恶化对测量数据的影响以及在高热通量区域中的实验。关于噪声，可以在将原始图像数据（光强度）更改为温度后应用适当的噪声过滤器。目前，仅在低热量区域进行了实验，但是人们认为，在高热通量的实验中，噪声的影响会较小。关于TSP的恶化，我们将研究实验条件，以最大程度地减少恶化，并量化激发光照射时间和恶化量。最后，关于高热通量区域的实验，由于冷却水温保持在当前极限，我们正在考虑以升高蒸汽温度进行实验。据研究人员所知，在这种分辨率水平下，没有进行温度和热通量分布的实验示例，并且在凝结传热领域具有巨大的学术价值，多年来一直没有进展。