ヒートポンプ熱交換器の着霜回避にむけたスラッシュ相の流動・伝熱特性の解明

阐明泥浆相的流动和传热特性，以避免热泵热交换器中结霜

基本信息

批准号：
07750222
负责人：
中別府修
金额：
$ 0.7万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750222/
关键词：
スラッシュ凝固過冷却伝熱デンドライトフラクタル

项目摘要

本研究では、スラッシュ相の生成過程における伝熱特性,さらに生成される氷の特徴を解明するため,次の実験的研究を行った.試験容器内に,水と水より重い非水溶性の冷媒を入れ,冷媒を循環させる.冷媒は外部で熱交換され-10℃に冷やされ,容器底面から噴流として容器内に流入する.容器内部の冷媒と水は,噴流により攪拌され除熱され,温度が低下する.水温は一度-2℃程度の過冷状態を示した後,氷晶が発生し0℃となる.この後は,水温は0℃を維持し,氷の量が増加する.この時の熱伝達率を,氷が発生するまでは水温の変化から,また,氷が発生した後は,容器内にヒ-タを入れ氷を融解するのに必要な熱量を測ることで氷の量を測定し求めた.この結果,噴流の熱伝達率は,通常の平板への衝突噴流熱伝達による値より大きく,噴流が水の内部へ進入して伝熱面積が増加する事を示していた.また,氷が発生すると熱伝達率が氷の発生前より約2倍に上昇し,氷の量が増加するに連れて熱伝達率が低下することが分かった.発生する氷については,高倍率のCCDカメラを通して観察した結果,噴流部で直接水が低温の冷媒に接触して発生するのは1mm以下の径の扁平な氷であり,生成時に持っていた突起や六角形構造は,0℃の水中ですぐに無くなり,曲率の小さい構造となること,水と冷媒が接触している界面には先端部が樹枝状の薄い氷が連続的に生成することが分かった.また,発生する氷の形状を定量的に評価するためフラクタル次元の概念を使用し,過冷度が増加すると,氷晶の複雑さが増加し,フラクタル次元が増すことが示された.

在本研究中，我们进行了以下实验研究，以阐明雪泥相形成过程中的传热特性以及所形成的冰的特性。制冷剂通过外部热交换被冷却至-10℃，并作为液体流入容器中。从容器底部喷射。容器内的制冷剂和水被喷射搅拌，带走热量，温度降低。水温呈现-2℃左右的过冷状态后，生成冰晶，温度降至0℃。此后，水温维持0℃，冰量增加。此时的传热速率发生变化保持水温直至结冰。另外，冰形成后，通过在容器中放置加热器并测量融化冰所需的热量来测量冰的量。结果发现射流的传热系数为冲击射流热传递至普通平板该值比上述值大，说明射流渗入水中，传热面积增大。而且结冰时，传热系数增大至结冰前的2倍左右，结冰量增大发现随着温度升高，传热系数降低。通过高倍率CCD相机观察冰的生成，发现当水与低温直接接触时会生成冰。喷射部分的制冷剂为直径1mm以下的扁平冰。 ,形成时存在的突起和六边形结构在0℃的水中迅速消失，形成曲率较小的结构。在水和制冷剂接触的界面处，形成具有树枝状尖端的薄冰。此外，我们利用分形维数的概念来定量评估生成的冰的形状，发现随着过冷程度的增加，冰晶的复杂性增加，分形维数也随之增加。