等熱流束加熱を受ける円管内を流動する潜熱マイクロカプセル混合水スラリーの熱伝達特性 : 数値計算による検討(熱工学,内燃機関,動力など)

概要

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最近の空調分野では、微細な固液相変化潜熱蓄熱材を液体熱媒体と混合したスラリー状の潜熱熱媒体が、高密度蓄熱そして高密度配管輸送可能なことから機能性熱媒体として注目を集めている。その代表的なものが、氷水スラリーであり、ダイナミックアイスシステムとして、貯氷、管輸送及び採冷熱交換器の効率向上に寄与している。さらに、冷凍機能等の高成績係数での運転を可能とする、融点が氷より高いパラフィン系の潜熱蓄熱材を微細化して熱媒体である水に混合した潜熱エマルジョンや潜熱マイクロカプセル等の研究開発も行われ始めている。特に、パラフィン等の固液相変化潜熱蓄熱材を数ミクロンのマイクロカプセルに充填し、水と混合によりスラリー状としたものは、水中でのマイクロカプセルの分散安定性が高いことより、高密度な搬送性に富む機能性熱媒体として開発が急がれている。しかしながら、未だ、そのスラリー化した微細潜熱蓄熱材の流動状態での熱交換器内での融解（蓄熱）熱伝達等の基本的な熱特性は、十分に把握されていない状況にある。本研究は、このような背景のもとに、加熱管内を流動する潜熱蓄熱材充填マイクロカプセル混合水スラリー（以降、潜熱スラリーと呼ぶ）の熱伝達特性に関する数値モデルを提案し、その数値計算法の妥当性を実験により、検証する。さらに、提案する数値計算により、潜熱スラリーの管内融解熱伝達特性に影響を及ぼす、潜熱スラリーの管内平均流速、加熱管壁熱流束、管直径、マイクロカプセル粒径、潜熱蓄熱材の潜熱量等の効果を明らかにするものである。さらに、潜熱蓄熱材の融解完了条件に関する無次元整理式等の誘導も行う。The present numerical analysis has been performed for obtaining the heat transfer characteristics of microencapsulated solid-liquid phase change material and water mixed slurry flow in a circular tube heated with constant wall heat flux. The energy equation was formulated by taking into consideration of the heat sink due to melting process and the heat transfer enhancement induced by the motion of microcapsules. The heat source function in the energy equation was derived from solutions for melting in a spherical latent heat material. The governing parameters were found to be latent heat material concentration, pipe diameter. microcapsule diameter, heat flux, and the slurry velocity. The numerical results revealed that mean heat transfer coefficient for latent microcapsule slurry was about 1.3～1.8 times greater than that for the single phase of water.
社団法人日本機械学会の論文
2002-01-25

等熱流束加熱を受ける円管内を流動する潜熱マイクロカプセル混合水スラリーの熱伝達特性 : 数値計算による検討(熱工学,内燃機関,動力など)

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