閉管内における臨界点近傍の二酸化炭素の熱的および音響学的輸送機構に関する研究

封闭管道内二氧化碳临界点附近的热声传输机理研究

• 批准号: 15760124
• 负责人: 王 剣鋒
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760124/
• 关键词: 臨界点近傍流体; 自然作動流体; 二酸化炭素; サーモサイフォン; 熱音響; ヒートパイプ; 自励振動; 熱輸送

本研究は、内径4.75mmと1mm管の二種類の銅管を用い、閉管を構成し、それらの内部に封入された臨界点近傍の二酸化炭素について、その熱輸送特性と振動の調査を目的とする。今年度の成果としては、以下の二点が挙げられる。1.前年度に完成した実験装置をベースとし、内径4.75mm閉管内の各測定値の振動を高速サンプリングすることができた。また、流体流れの可視化を行った。具体的にはサイトグラス装置を製作し、加熱部と冷却部の間にある断熱部に設置することにより、管内部流れを観察した。これにより、測定値の振動ともに上下する気液界面が観察された。これは加熱部において液体の急激な沸騰と液体の再充填が行われているものと考えられ、内径4.75mm閉管において測定された振動現象は、流動の不安定による流体の振動であると考えられる。2.内径1mm閉管を用いた場合の臨界点近傍二酸化炭素による熱輸送量のデータが得られた。加熱部、断熱部、冷却部を垂直に配置し、上部に冷却部、下部に加熱部を配置した場合、サーモサイフォンと同様の効果が大きく、同じ直径を持つ銅棒に比して約300〜550倍の実効熱伝導率が得られた。すなわち、熱伝導率は4.75mmから1mmへ細径化することにより、3〜10倍となった。細径化による熱伝導率の上昇は、二酸化炭素の粘性が低いことに起因している。しかしながら、加熱部、断熱部、冷却部を水平に配置した場合、大きな熱伝導率は得られなかった。4.75mmから1mmへ細径化するに当たり、閉管の構造を変えざるを得なかったため、水平に配置した場合の熱伝導率が大きく低下したものと考えられる。

本研究使用两种类型的铜管，一种内径为4.75毫米，一种内径为1毫米，形成封闭管。本研究的目的是研究二氧化碳的热传输特性和振动接近临界点时密封在管内。今年的成绩包括以下两点。 1.基于去年完成的实验设备，我们能够在内径4.75毫米的封闭管中高速采样各个测量值的振动。我们还可视化了流体流动。具体来说，我们制作了一个视液镜装置，并将其安装在加热段和冷却段之间的隔热段中，以观察管内的流动。结果，观察到气液界面随着测量值的振荡而上升和下降。这被认为是由于加热段中液体的快速沸腾和液体的重新填充而引起的，在内径为4.75 mm的封闭管中测量到的振动现象被认为是由于流动不稳定导致的流体振动所致。 . 2. 获得使用内径1mm的密闭管时二氧化碳在临界点附近的传热量数据。如果加热段、保温段、冷却段垂直排列，冷却段在上，加热段在下，类似热虹吸管的效果就大，与相同的铜棒相比，直径约为300~550倍的有效导热系数。也就是说，通过将直径从4.75毫米减小到1毫米，导热系数增加了3到10倍。由于直径减小而导致的热导率增加是由于二氧化碳的低粘度。然而，当加热段、绝热段和冷却段水平布置时，无法获得高导热率。为了将直径从 4.75 毫米减小到 1 毫米，必须改变封闭管的结构，这被认为会显着降低水平放置时的导热率。

项目成果

Heat transport of near-critical carbon dioxide in a closed loop tube

闭环管中近临界二氧化碳的热传输

• 发表时间: 2004
• 作者: Hiroki Hayashi; Jianfeng Wang; Eiji Hihara
• 通讯作者: Eiji Hihara