少量の潤滑油を混入した超臨界流体の伝熱特性の実験測定と理論解明

掺有少量润滑油的超临界流体传热特性的实验测量与理论阐明

基本信息

批准号：
18860021
负责人：
党超鋲
金额：
$ 1.75万
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 (Start-up)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、超臨界圧CO_2への潤滑油(CO_2と部分相溶性あるのPAGオイル)の二相分離状態、流れパターンおよび熱伝達率、圧力損失特性について可視化観察、実験測定を実施し、その超臨界圧条件における潤滑油の挙動を明らかにすることが目的である。また、自由界面数値解析手法を用いて、超臨界状態における流動様式の遷移を理論的に解明し、潤滑油が混入した状態での流動及び伝熱特性を系統的に把握することを試みしている。19年度には前年度の実験測定、可視化研究および理論解析、数値計算の成果を踏まえて、高性能の内面溝付け管に対する潤滑油の影響を実験的に調べた。伝熱管の内径は2mm、リード角は0°と6.3°、面積拡大率は2だった。広い実験条件におけるオイルとリード角の影響を検討し、主な結論以下のように纏めた。(1)純冷媒の場合、溝付け管の熱伝達率は全体的に平滑管の約2倍になる;また、質量流束の増加と圧力の低下につれ、リード角6.3°の伝熱管が0°の伝熱管より熱伝達率が少し大きくなる傾向がみられる;(2)オイル濃度1%の場合、高温側領域にリード角の影響が小さい;低温側にリード角6.3°のほうは熱伝達率が大きい;(3)オイル濃度3%以上の場合、低温側と比べ、高温側の伝熱低下が大きい、ただし、オイル濃度、リード角によらずほぼ一定な値になる;(4)温度上昇につれ、オイル膜の熱抵抗が大きくなる、オイル膜が厚くなることを意味している;(5)リード角6.3°と比べ、0°のほうがオイル膜の熱抵抗が大きくなる。ただし、オイル濃度3%以上の場合差が小さい;(6)質量流束が大きい場合、オイル膜の熱抵抗が小さくなる。オイル膜が薄くなっていることを意味している;(7)リード角による圧力損失の影響は小さい.今後は、溝付け管における可視化研究および数値シミュレーションを行う予定である。

本研究对润滑油（与CO_2部分混溶的PAG油）在超临界压力CO_2下的两相分离状态、流型、传热系数和压降特性进行了目视观察和实验测量，并目的是阐明润滑油在超临界压力条件下的行为。此外，利用自由界面数值分析方法，从理论上阐明了超临界状态下的流态转变，并试图系统地了解润滑油混合状态下的流动和传热特性。 2019财年，基于上一年的实验测量、可视化研究、理论分析和数值计算的结果，我们实验研究了润滑油对高性能内沟槽管的影响。传热管内径为2mm，导程角为0°和6.3°，扩径比为2。在广泛的实验条件下研究了油和导程角的影响，主要结论总结如下。 (1)对于纯制冷剂，沟槽管的总体传热系数约为光滑管的2倍；温度为1%时，有略大于换热管的趋势； (2)当油浓度为1%时，导程角对高温侧区域的影响较小；观察导程角为6.3°的低温侧的传热系数。 (3)当油浓度为3%以上时，高温侧的传热损失比低温侧大，但与油浓度或导程角无关，该值几乎保持恒定； 4）随着温度升高，意味着油膜热阻变大，油膜变厚；（5）相比导程角6.3°，导程角增大时，油膜热阻变大；角度为0°。但当油浓度为3%以上时，差异较小；（6）质量通量大时，油膜热阻变小。这意味着油膜更薄；（7）导程角对压力损失的影响较小。未来我们计划对沟槽管进行可视化研究和数值模拟。