Heat Transfer Modeling and Verification of Wetting Initiation Point during Unsteady Cooling Process of High Temperature Surface by Boiling

高温表面沸腾非稳态冷却过程中润湿起始点的传热建模与验证

基本信息

  • 批准号:
    22K03942
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.66万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2022-04-01 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

高温面沸騰冷却時の濡れ開始点条件解明を最終目標として、本研究は目的①と②を設定した。目的①は、局所的濡れが乾燥面に移行する過程の微視的・高速度観察による濡れ開始の実験的把握である。交付申請時点では、耐熱ボアスコープを購入し、試験液体にHFE-7100を用いたスプレー冷却系で実験を行う予定であった。しかし、各種ボアスコープ・マイクロスコープをデモ使用した結果、期待される観察倍率が実現できなかったことと、世界的にHFE-7100の製造・供給がストップしたため、実験内容を変更した。 すなわち、試験液体として水を用いた液滴落下系として、ベローズと拡大用マクロレンズを用いた観察系により、局所的濡れの抑制過程の微視的・高速度観察に成功した。画像計測により、固液接触面の乾燥点(発泡点)数密度と局祖的濡れ領域の時間変化を計測し、固体初期温度の上昇に伴うそれら諸量の定量的変化を評価できた。ただし、加熱用オイルの白濁やオイル沸騰等の発生が原因となって、固体初期温度が270℃以上での観察は実現出来なかったため、期待していた自発核生成による「濡れ→乾き」への移行は観察できなかった。目的②は、固体・液体内の非定常熱伝導と固液界面近傍の自発核生成を連動させた非定常伝熱モデルの改良と、モデル計算による濡れ開始条件の解明である。交付申請時点の予定通り、既存の伝熱モデルに対して、不等間隔格子による計算領域拡大を導入することができた。それにより、固体側の熱容量が増大し、より実現象に近いモデル計算ができるように改良された。
这项研究设定了目标 1 和 2,最终目标是阐明高温表面沸腾冷却过程中的润湿起始点条件。目标 1 是通过微观、高速观察局部润湿转移到干燥表面的过程,通过实验了解润湿的开始。申请时的计划是购买耐热管道镜,并使用HFE-7100作为测试液体,使用喷雾冷却系统进行实验。然而,由于各种管道镜和显微镜的演示使用,无法达到预期的观察放大倍数,HFE-7100在全球范围内停止生产和供应,因此实验内容发生了变化。换句话说,我们使用以水为测试液体的液滴落下系统以及使用波纹管和放大微距镜头的观察系统,成功地对局部润湿抑制过程进行了微观和高速观察。通过图像测量,我们能够测量固液接触面的干点(起泡点)数密度和局部润湿面积随时间的变化,并评估随着初始固体温度升高这些量的定量变化。然而,由于加热油的混浊和油沸腾的发生,无法在270℃或更高的初始温度下观察到固态,因此预期的由于自发成核而导致的“润湿→干燥”过程没有观察到迁移。目标2是改进将固体和液体中的非稳态热传导与固液界面附近的自发成核联系起来的非稳态传热模型,并通过模型计算阐明润湿引发条件。按照拨款申请时的计划,我们能够使用不均匀间隔的网格将计算域扩展引入现有的传热模型。结果,固体侧的热容量增加,使得可以进行更接近实际现象的模型计算。

项目成果

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专著数量(0)
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