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

基本信息

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

项目摘要

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。

在本研究中，我们开发了一种具有高时空分辨率和温度分辨率的热测量系统，并通过实验阐明了液滴冷凝中的局部非稳态传热特性。本研究的目的是阐明传热机制和薄膜的过渡机制。状凝结。今年，我们开发了一种热测量系统，这是我们研究的核心。该系统的目的是获得冷凝传热表面的温度分布，但由于冷却水需要在冷凝表面后面流动，因此无法使用不透水的红外摄像机。因此，在本研究中，我们设计了一个使用温度敏感涂料（TSP）的实验系统。今年，我们研究了包括TSP应用条件在内的基板结构，设计和制造了实验设备，并开发了温度/热通量分析程序。尽管由于实验设备的限制，实验仅限于低热通量区域，但我们成功地获得了液滴凝结时与液滴分布相对应的温度和热通量分布。我们实现了与当前红外相机相当的时空分辨率（〜10 fps /〜10 μm）。未来的问题包括降噪、考虑 TSP 恶化对测量数据的影响以及高热通量区域的实验。关于噪声，可以想象在将原始图像数据（光强度）改变为温度之后应用适当的噪声滤波器。目前我们只能在低热流密度范围内进行实验，但认为在高热流密度的实验中噪声的影响会更小。关于TSP的劣化，我们计划研究将劣化最小化的实验条件，并对激发光照射时间和劣化量进行量化。最后，对于高热流密度区域的实验，目前冷却水温度处于最低限度，所以我们正在考虑通过提高蒸汽温度来进行实验。据研究人员所知，目前还没有以这种分辨率获得冷凝温度和热通量分布的实验实例，这在冷凝传热领域具有巨大的学术价值。多年来的任何进展。