Prediction of critical heat flux of subcooled flow boiling in micro-slit-channel

微缝通道过冷流动沸腾临界热通量预测

• 批准号: 22K03960
• 负责人: 鹿野 一郎
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Yamagata University
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03960/
• 关键词: 小型冷却器; 蒸発潜熱; 沸騰熱伝達; 熱伝達促進; 限界熱流束予測; サブクール流動沸騰; 機能性流体; 限界熱流束; 静電圧力

最近、自動車の電動化とともに大きな問題となる電子デバイスの発熱・放熱問題を解決する新たな技術が注目されている。特に、高い冷却能力を有している沸騰熱伝達を冷却へ応用する場合は、沸騰面に蒸気の膜が形成して急激に冷却能力が低下する限界値が存在する。従って、その発生メカニズムや予測情報が非常に重要になる。申請者は、限界値を向上させるために、冷媒に電界を印加するマイクロスリットチャネル法を発明した。もしこの冷却法が実現できれば、限界値が３倍以上に上昇し、広範囲な冷却範囲における高性能でアクティブな小型冷却装置が期待できる可能性がある。しかし、この冷却促進技術を流動沸騰熱伝達に適用すると、流れ方向の沸騰様相が変化するため限界値発生のメカニズムが複雑になる。そこで本研究では，このマイクロスリットチャネルによる流れ方向の沸騰様式を明らかにし、CHF予測式の導出をめざした。2022年度は、流動沸騰熱伝達の流れ方向の流動様式を解明するために、表面温度分布の測定と高速度カメラによる可視化実験を並行して進めた。初めに、流れ方向の熱流束分布と表面温度分布の測定ができるように、加熱ブロック内の温度測定点を増やした。次に、可視化実験を行ったが、マイクロスリットチャネル法は、電界印加による沸騰熱伝達促進を狙っているため、沸騰面直上600μmの位置にスリット電極が設けられているので沸騰面付近の撮影が困難であった。これを解決するために、ITO透明電極でスリット電極を製作して高速度カメラで沸騰の流動様相を観察した。

最近，解决了电子设备中热量产生和热量耗散问题的新技术已成为汽车电力的主要问题，引起了人们的注意。特别是，当沸腾的热传递具有高冷却能力时，将其应用于冷却时，在沸腾表面形成蒸汽膜并突然降低冷却能力的极限值。因此，发生机制和预测信息变得极为重要。申请人发明了一种微静电通道方法，其中将电场应用于制冷剂以提高极限。如果可以实现这种冷却方法，则极限将增加三倍以上，并且有可能在广泛的冷却区域上使用高性能，主动，紧凑的冷却装置。但是，当将这种冷却促进技术应用于流沸腾的传热时，沸腾模式在流动方向上发生变化，并且产生极限值的机制变得复杂。因此，在这项研究中，我们通过使用微静光通道阐明了流动方向上的沸腾样式，并旨在推导CHF预测方程。在2022财年，我们使用高速摄像头进行了平行测量表面温度分布和可视化实验，以阐明流动沸腾热传递在流动方向上的流动模式。首先，增加了加热块内的温度测量点，以便可以测量流量通量​​分布和表面温度分布。接下来，进行了可视化实验。由于微静电通道方法旨在通过施加电场来促进沸腾的传热，因此在沸腾表面上方的600μm位置提供了狭缝电极，因此很难拍摄沸腾表面周围的区域。为了解决此问题，用ITO透明电极制造了狭缝电极，并使用高速摄像头观察到沸腾的流动。