ヒートポンプサイクルにおけるナノ流体の動特性の解明

阐明热泵循环中纳米流体的动态特性

基本信息

批准号：
13F03357
负责人：
党超鋲
金额：
$ 1.47万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

研究概要：外国人特別研究員の研究テーマは，当初「ヒートポンプサイクルにおけるナノ流体の動特性の解明」として申請したが，来日後，本人の希望により，マイクロ伝熱機器の開発に重要である微細流路内の気液二相流動の薄液膜挙動の計測に変更した．具体的に，内径0.5～2 mm程度の微細流路を対象として，スラグ流および環状流における壁面付近形成する薄液膜の直接計測および理論モデリング，数値解析による薄液膜の挙動を検討した．研究成果：1.スラグ流における液膜厚み計測：まず，微細流路を流れるスラグ流の気泡速度と液膜厚さをレーザー共焦点変位計で計測し、液相の物性や微細流路の寸法の影響を評価した．液膜厚み計測値はキャピラリー数が大きいほど厚くなる傾向が見えるが，液相が水，エタノール，KF-96L-2csの場合は従来モデルとよく一致した結果が得られた.ただし、表面張力が低いあるいは液気密度比が小さい条件ではキャピラリー数の大きい乱流膜領域では大きいずれが生じる．詳細な検討が必要と示唆される．2.環状流における液膜厚み計測：本研究における実験条件の多くは，液相気相共にレイノルズ数が2300以下であるが，液相の乱れの影響を考慮することで実験値と一致した結果が得られた．ただし，5種類の液相内で表面張力および粘性が最も小さいFC72と，液気密度比の小さい潤滑油においては，他の液相と比べ予測の精度が悪くなり，液相の表面張力と粘性の影響に関する更なる詳細の検討が必要である．3.　微細流路内の薄液膜挙動の数値計算：流動速度，物性による液膜厚みの変化を理解するため，自由界面流れの数値解析を行った．自由界面追跡はVOF－LEVEL　SET法を用いた．計算結果からは、液膜の乱れが蒸気流速に従って大きくなり，液膜厚みが蒸気流速に従って薄くなる結果が得られた．計算した液膜厚みと実験計測との平均誤差は4.1％～20％程度であった．

研究概况：国外特约研究员的研究主题最初是“阐明热泵循环中纳米流体的动态特性”，但来日本后，应他的要求，将测量改为纳米流体的薄膜行为。道路中气液两相流。具体来说，我们通过直接测量、理论建模和数值分析，研究了段塞流和环形流中在壁附近形成的薄液膜的行为，针对内径约为 0.5 至 2 mm 的微通道。研究成果： 1、渣流中液膜厚度的测量：首先，利用激光共焦位移计测量流经微通道的渣流的气泡速度和液膜厚度，以及液相和渣流的物理性质。我们评估了微通道的尺寸。随着毛细管数量的增加，测量的液膜厚度趋于变厚，但当液相为水、乙醇或KF-96L-2cs时，结果与常规模型吻合良好。然而，当表面张力在液气密度比较低或液气密度比较小的情况下，毛细管数较大的湍流膜区域会出现较大的偏差。建议具体考虑。 2.环流液膜厚度测量：在本研究的大部分实验条件下，液相和气相的雷诺数均小于2300，但考虑到液相中湍流的影响，得到的结果与实验值相符。然而，对于五种液相中表面张力和粘度最低的FC72，以及液气密度比较小的润滑油，预测精度低于其他液相，并且表面液相的张力和粘度较低，有必要考虑有关影响的进一步细节。 3.微通道中薄液膜行为的数值计算：为了了解流速和物理性质引起的液膜厚度的变化，我们对自由界面流进行了数值分析。使用 VOF-LEVEL SET 方法进行自由界面跟踪。计算结果表明，液膜湍流度随着蒸气流量的增加而增大，液膜厚度随着蒸气流量的增加而减小。计算的液膜厚度与实验测量的平均误差约为4.1%~20%。