異形ミニチャネル内気液二相流のボイド率特性に関する研究（正方形および正三角形管内気液二相流）
目的
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冷凍空調機器で用いられる熱交換器は，さらなる高性能化，コンパクト化を目的として冷媒流路細径化による伝熱面積密度が進められている．地球温暖化防止の観点から冷媒充填量削減の要求もあり，今後さらに細径化が進められると考えられる．
現在，空調機器ではフィンアンドチューブ熱交換器が広く用いられているが，管内径は4mm以上であり，表面張力が低い冷媒にとって特別に細いわけではないが，オールアルミ熱交換器で使用される扁平多穴管では1mm以下となり，表面張力の影響が重力に対して
相対的に強くなると考えられる．特に，非円形流路の場合，表面張力によって角部に液が保持され，気液界面構造は円管とは大きく異なるとが考えられる．凝縮流の場合，その影響は顕著で，薄液膜部の存在によって熱伝達率が向上するとの報告もある．
気液二相流のモデル化を進めるためには気液二相流での気相の体積割合であるボイド率が重要であるが，細管に対して計測された例はみられない．
本研究では，水力等価直径1 mmおよび2 mm の正方形及び正三角形流路に対し，一成分系気液二相流実験を行い，気液界面構造，ボイド率特性に及ぼす管形状，管径及び流動方向の影響を解明する．
研究内容
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| Churn flow observed in 2mm square tube |
Average void fraction against thermodynamics equilibrium quality |
正方形および正三角形細管流路内鉛直上昇流を対象とする．冷媒はFC-72を用いた（表面張力8.35mN/m 沸点56.7℃）．流路は透明アクリル樹脂製の薄板の積層で製作された．ボイド率は平板型静電容量センサで計測し，
計測区間での流動挙動を高速度カメラで電極面に平行な方向から同時に観察した．
水力等価直径2 ㎜の正方形流路に対する流動挙動と時間平均ボイド率の計測結果を図に示す．動画の流動条件は，質量流束G50 kg/(m2･s)，乾き度0.10である．気相は連続相のように流動しているが，一時的に重力による下降流が存在し，
間欠的に気相に巻き上げられる様子が確認できる．この流動様式がチャーン流であるが，円管より高い気相流束で確認された．隅部の液膜厚さが厚くなり界面せん断力が低下したためと考えられる．平均ボイド率は円管に対する
Cioncoliniらによる構成式より低く，質量流束が低くなるほど低下する傾向が確認された．
発表論文
秋山 亮仁, 浅野 友徳, 浅野 等, 丸山 和久, 江田 秋人
水平三角形細管内凝縮熱流動特性に関する研究, 日本冷凍空調学会論文集 38(2) (2021), pp.73-83. https://doi.org/10.11322/tjsrae.21-12NK_EM
疋田 真登志，山北 貴也，浅野 等
水平非円形細管内気液二相流のボイド率特性に関する研究，混相流 36(1), pp. 47-54 (2022).
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