雑誌名鹿児島大学工学部研究報告

(1)

粗平板伝熱面から液体への気泡の液体かくはん時の熱伝達促進に関する研究（第1報）

著者玉利 ?一, 蔵迫兼志, 加治屋厚廣, 佐藤伸雄

雑誌名鹿児島大学工学部研究報告

巻 24

ページ 19‑43

別言語のタイトル STUDIES ON THE INCREASE OF HEAT TRANSFER

COEFFICIENTS AS THE STIRRING EFFECT OF BUBBLES TO LIQUID FROM A ROUGHNESS FLAT HEATING

SURFACES (1st Report)

URL http://hdl.handle.net/10232/12466

(2)

粗平板伝熱面から液体への気泡の液体かくはん時の熱伝達促進に関する研究（第1報）

著者玉利 ?一, 蔵迫兼志, 加治屋厚廣, 佐藤伸雄

雑誌名鹿児島大学工学部研究報告

巻 24

ページ 19‑43

別言語のタイトル STUDIES ON THE INCREASE OF HEAT TRANSFER

COEFFICIENTS AS THE STIRRING EFFECT OF BUBBLES TO LIQUID FROM A ROUGHNESS FLAT HEATING

SURFACES (1st Report)

URL http://hdl.handle.net/10232/00010684

(3)

粗平板伝熱面から液体への気泡の液体かくはん時の熱伝達促進に関する研究（第１報）

玉利賢一・蔵迫兼志＊・加治屋厚麿・佐藤伸雄

（受理昭和57年５月３１日）

ＳｒＵＤＩＥＳＯＮＴＩ皿ＩＮＣＲＥＡＳＥＯＦＩⅢＡＴＴＲＡＮＳｒＥＲＣＯＥｍＩＣＩＥＮｍＳＡＳｍⅢSTIRRmGEmECTOFBUBBLESTO皿ＱＵＩＤＦＲＯＭ

ＡＲＯＵＧＩⅢVESSFLATImAⅢＮＧＳＵＲＦＡＣＥＳ

（1stReport）

MasakazumMARI，KenshiKuRAsAKo,AtsuhiroKAJIYAandNobuoSATo

TheheattransferfifomtheverticaltwosdifYerentkindsofaroughnessHatheatingsurfacestopure water(HzO）abovelO6pcminspecificresistanceinwhichtheairbubbleswereinjectedthroughone nozzlewithasingleupwardholewasstudiesexperimentally・

Itwasfbundthatallexperimentaldaｔａｃanbecorrelatedbyequation（１）ａｎｄｅｑ.（２）ａｔｔｈｅｆｂｌ‐

lowingheatingsurfacecondition・

Thattestheatingsurfaceswasmadeinuseunderthesurfacesconditionofplatesthatperfbrmed theplasmacoating（atomizweldment）andsothesinterring・

Itisfbundthat,thefbllowinggenerallyrelationfbrmulaholdswithintherangeof9＞3489[ｗ/ｍ２]，鯵10[ｍｍ]．

α()/ａ｡(）oc9‑1/3.8.(Z"｡Ｑ･)33ﾉlo･exp(‑0.945/５．）……….………･……･………（１）

atthewithintherangeof５＜Ｚ"Ｑｏ＜3０［ﾉVcm3/s]，どα＝55[ｍｍ]．

α()/αo(）oc9‑1/3.8.(Z"･Ｑｏ)3.3/'０.exp(‑1.185/5b）・…･………･…･…………･………．（２）

atthewithintherangeofl＜Z"･ｇｏ＜５［ﾉVcm3/s]，６６＝42[ｍｍ]・

Ｈｅｒｅ６ａ,どbisthesmallestvaluesof5thatkeepsthevaluesofa()/α･(）constantragardlessofthe

heatHux．

１．はしがき

固体壁面からこれに接する液体への熱伝達において液中に気泡が存在する現象は，沸騰現象や気液接触反応をともなう対流現象として機械工学および化学工学などの多くの分野においてしばしば経験されるもので，

気泡の挙動の研究')‑'4)をはじめとして,気液二相流熱伝達問題'5)''6）をも含めて，今日社会に直結した身近な機器化しつつあるエネルギープラントなど，各種熱交換分担機器部門においての注目事であり，幾多の熱交換機器に対して即解決のための必須問題提起'7)が

*元鹿児島大学大学院生

矢継ぎ早になされているが，いまなお未解決の点が数多く残されている．

筆者の一人はさきに鉛直に支持された長方形平滑平板伝熱面とこれに接する液体との間の熱伝達において，

伝熱面前方の液中に上向き単口円形ノズルを用いて，

ノズル数Ｚ１個ならびに数個（易＝1〜3）から空気泡を吹き込んで液体かくはんを行なった場合の熱伝達促進の効果について報告した.18)‑21）

本報告では鉛直に支持された二種類の粗平板伝熱面と純水，空気吹込口（ノズル）数１個（Ｚ＝1）の組合せのもとで，粗平板伝熱面表面粗さが気泡による液体かくはん時においていかに熱伝達促進に寄与するか22)‑30)について，溶射伝熱面（PlaSmaCOating面）

(4)

Ｈ 2０

Ｍ＝ＭＳＯ

と焼結伝熱面（Sinterring面）を使用し，この各伝達面からの熱伝達において

１．粗平板伝熱面から液体への自由対流熱伝達２．粗平板伝熱面から液体への熱伝達におよぼす気

泡による液体かくはん時の熱伝達促進効果について実験的に検討したものである．

熱面表面温度

［｡C]:[K］

凧｡８ｓ加熱器の熱損失

［Kcal/h]:[Ｗ］

鵬ea，

加熱器に与えられた正味電力

［Kcal/h]:[Ｗ］

肌｡ a，加熱器に与えられた全電力（入力）

［Kcal/h]:[Ｗ］

x , Ｘ空間座標，伝熱面高さ［ c ｍ］

ｙ空間座標

Ｚ空間座標

Ｚ，空気吹込口（ノズル）数

［個］

α，ａ（）空気吹込み時の平滑平板伝熱面，粗

平板伝熱面の平均熱伝達係数

［Kcal/m2hoC]:[Ｗ/m2K］

α･＝α･Sm｡．平滑平板伝熱面の自由対流平均熱伝達係数．例．aosm｡.＝α･(Sm｡.）

α０（）粗平板伝熱面の自由対流平均熱伝達係数．例．面｡(）＝α･(）３。

αso＝αSm｡.ＳＣＢ＝50ｍｍの平滑平板伝熱面の場合の平均熱伝達係数

例．反５０＝反8m｡､so＝α(Sm｡.)ｓｏ

αＢｉｎｔ・ＳＣＢ＝50ｍｍの焼結平板伝熱面の平均熱伝達係数

例．train､5｡＝α(）ｓｏ＝α(）

αａ･ｗｅ１．ＳＣＢ＝50ｍｍの溶射平板伝熱面の平均

熱伝達係数

例．αa,we1.5｡＝α(）so＝α(）

β 体膨脹係数

［1/ｏＣ]:[1/K］

ｇ空孔率［Iう］

ス熱伝導率［Kcal/ｍｈｏＣ]:[Ｗ/ｍＫ］

ソ

動粘性係数

［ｍｚ/s］

号伝熱面下端幅方向の中央点から空気吹込口（ノズル）中心までの垂直距離［ m m ］

５｡,５６α()/ａ｡(）が一定になるどの最小値

記ａ号

液体の温度伝導率

［m2/s］伝熱面幅［mｍ］

伝熱面積［ｍ２］

重力の加速度

［ｍ/s2］

グラスホフ数Ｇ,庇＝gβＨ３４『ん２

［無次元］

修正グラスホフ数Ｇ漁＝ＧｒＨ。Ⅳ"｡Ｈ

［無次元］

伝熱面高さ

［m］

Ｈ＝200ｍｍ，Ｂ＝50ｍｍの平滑平板伝熱面（MiddleType）を示す．

Ｈ＝200ｍｍ，Ｂ＝50ｍｍの粗平板伝熱面（ＭＴ.）を示す．例．Ｍ且.wol.，

M b i n c 、

SlOPeの指数．例．〃Sm｡.，〃a・wol.，

〃81ｎｔ･

自由対流熱伝達時の平均ヌセルト数ﾉVI｡窟＝征｡。Ｈノス

［無次元］

プラントル数Ｐ,＝ｿ/α

［無次元］

熱流束［Kcal/m2h]:[Ｗ/m2］

標準状態に換算した吹込空気量

［Ｎｃｍ３/s］

温度差４r＝ら−ｒｂ

［oC]:[K］

液体の代表温度

［｡Ｃ]:[K］

有効温度２｡＝r,−１/4(r,一ら）

［｡Ｃ]:[K］

伝熱面表面温度測定表

［｡C]:[K］

熱伝導による温度降下を考慮した伝

ＢＦ９

ＧｒＨ

G海

鹿児島大学工学部研究報告第２４号（ 1 9 8 2 ）

０勾留︑￥

Ｍ(）

〃

ⅣαoＨ

Ｐ

４ｒ

rb＝６

r ｅ

r ｐ

r ｗ

(5)

ｎ．Ｗｅｌ．

2１

１．ｔｈｅｒｍｏｓｔａｔｖｅｓｓｅｌ８．ｖｏｌｔｓｌｉｄｅｒ

２．ｔｅｓｔｓｅｃｔｉｏｎ９．ａｇｉｔａｔｏｒ

３．airinjectionnozzle lO、coledjunction

４．ｃｏｏｌｉｎｇｄｅｖｉｃｅｌｌ、ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｄｉｇｊＬｔａｌ

５．ｎｅｅｄｌｅｒｅｇｕｌａｔｏｒｍｅｔｅｒ６．ｍｉｎｉｒｏｔａｒｙｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｌ２・ｗａｔｔｍｅｔｅｒ

７．ｍａｎｏｍａｔｅｒｌ３・ｓｌｉｄａｃ

Ｆｉｇ、１．Thearrangementofthewholeapparatus．

[ｍｍ］

Ｓｉｎｔ．

（）

①

Ｐ

添字蕊

ｓｍｏ．

①

ｌ i =

平滑（Smooth）平板伝熱面を示す．

例．Msm｡.,αSm｡.,α(α/α･)Sm｡、

溶射(atmizedWeldment)伝熱面を示す．例．征馳.wc,.＝α(）＝α(）5．

焼結（Sintering）伝熱面を示す．

粗面の場合を示す．例．simiprn､we,．

平均値限界値

有効値

伝熱面高さを代表寸法に選んだ場合

の値

空気吹込みなしの値（自由対流の場

合の値）

真の値 SＩ単位表示

伝熱面表面の値

局所値

伝熱面幅がＢ＝50ｍｍである事を示

す．

神位

玉利・蔵迫・加治屋・佐藤：粗平板伝熱面から液体への気泡の液体かくはん時の熱伝達促進に関する研究（第１報）

ｒｅｎＩ

ＳＩ

Ｗ

Ｘ

ＳＯ

肩記号

＊Ｃｒｌ

ｅ″

１．ｔｅｓｔｓｅｃｔｉｏｎ

（ｈｅａｔｔｒａｎｓＥｅｒｓｕｒＥａｃｅ）

２．ｎｉｃｈｒｏｍｅｗ１ｒｅ

３．９ｒｏｏｖｅｄｐｌａｔｅｏＥｆｉｒｅ−ｃｌａｙ

４．ｍｊＬｃａｐｌａｔｅｓ

５．ａｓｂｅｓｔｏｓｐｌａｔｅｓ

６．９１ａｓｓ−ｃｏｔｔｏｎ７．ａｉｒ−ｃｈａｍｂｅｒ

Ｆｉｇ、２．Theschematicdiagramofthehorizontal sectionoftheheater．

０

２．実験方法および実験条件

実験装置および実験方法は以下に述べる二種類の粗平板伝熱面を有する加熱器を使用し，試験液体に比抵抗が106Ｐ。Cｍ以上の大気圧の純水と空気吹込口（ノズル：ノズルは上向き単一単口円形0.9ｍｍの，さきに報告20）した同一同型のものを使用した)数風＝１に限定した以外はさきの平滑平板伝熱面を使用した報告18),19),20)の通りである．実験装置の全体図をＦｉｇｌ (図１）に示す．この装置を二組準備して，以下に述

べる二種類の粗平板伝熱面ごとに，それぞれの加熱器

で同一熱流束下で実験研究が行なわれた．伝熱面はさきの平滑平板伝熱面Ｍ型のＳｍｏｏｔｈ面（以下，Msm｡．

と略称）と同型の長方形粗平板伝熱面200×50×６ｍｍ

のプラズマコーテング面：溶射伝熱面（以下,Ｍｈ・we,．

と略称）とシンター面：焼結伝熱面（以下，Ｍも,nt．と略称）との二種類を使用し，いずれも液体側伝熱表面

＃

グラスホフ数だけに用いて，修正グラスホフ数を示す．

表面粗さを表わす．Tyler法．

［mesh］

は粗表面になるように配慮して本実験用の加熱器が作られた．加熱器の横断面図をＦｉｇ２（図２）に示す．

試験伝熱面の寸法とその性状を図３に，その表面状態を表１に示す．さらに図４−(a)，に焼結伝熱面粗さの状態顕微鏡o)写真を，図４−(b)，に溶射伝熱面粗さの状態顕微鏡o)写真を例示する．使用粉末成分は溶射伝熱板の場合は電気銅板（99.8％)，板の厚さＰＬ１０ｍｍ

に純銅粉末‑100〜＋250ｍ…（Tyler法）を，［Ａｒ，

Ｈｅ,Ｈz,Ｎ２］ガス中でアーク放電させ，電離してプラ

ズマにし5000〜15000.Ｋのプラズマガスジェット温

度中に導入して溶融・高速度（最大3000ｍ/s）でコー

テングしたもので，溶射粒子は最大600ｍ/ｓに加速

されるといわれている．したがってコーテング面を観

察するとかなり粒子はつぶされて表面はあばた状を呈

(6)

電子

2２

6写

熱近対のそう人位脳

Ｈ画２００

、蝿もふ……賀̲鵬…

2 ５ ‐ , ‐ ２５ − Ｌ２５ − ， − ２５ ‐ , 二２５ − １．２５ ‐ , ，２５ − ， − ２５

「１．１丁

M ﾉ ① ２１ M ﾉ ④

ⁱ^I^lⁱ¹^I

'ぬ

ｍＮ−

Ｉ

' ' 四

_１_１

卜

（

11

1 1 1

ｍＨＩ公

胃10

○

㎡､

Ｅ

３ I i 戸一．ｰl;

i l l

１１１１

可

１１ − 滴１

^B^I

^l ^l ^I

^l^I^l^l

l■

Ｉ

￨ｉ−滴 l l r ② ２１

iI1 iI1

ｲ艮然面伽懸§証鋤1面）

／

−１

鹿児島大学工学部研究報侍第２４号（ 1 9 8 2 ）

〔平面〕

詞ノケ滅双伝離銅版反さ詞'￨更.卓､及び皮而粗さ

箪位滅双

ＡＢ日 Ⅲ

１

⑭

う４

０９

６

図３伝熱而寸法・測温点およびその性状

〔断面〕

蕊蟻澱惑簿

ロ闇

１１０．３ｍｍ

１０．３ｍｍ

凶４−(a）焼結ｲ云熱面粗さの状態顕微鏡写其（倍率３０倍）

ロ

ゥ

！

〃

綴

脂

蕊輪選ぶ，'瀞激

、 1 練寧

睡圏リユ識

凝耗面偲 0.65ｍｍ)承

７．りう７．０９７．０１６．９５６．９９６．９８

−う２局･４２

7．０９７．０７７．０５７．０３７．０５７．ｍ

−う2−４２

審射面偲

６．６８５−６４６△６４６．６４ 6．６０ 6.町

‑100曇．+２５０

６−６２ 6．弱６．＄

6.弱 6．５４６．６５一ＴＯＯ.＋２５０

吟0.5ｍ碗螺

(7)

０．５〜１０

2３

2２

〔断面〕〔平面〕

自由水面

ﾉ

.'《ず.:．．‑ノ (ｍ、）

｜Ｉ

０．３ｍｍ

図４．(b）溶射伝熱面>￨;llさの状態顕微鏡写真（倍率３０倍）

１１

０．３ｍｍ

してい(99.8％)，ＰＬ＝１０ｍｍにこれらの使用粉末が 800.Ｃで焼結され，焼結厚さ0.1〜0.2ｍｍであるが今回のものは)早めに焼結してある関係から２〜３層になっている部分も図４−(a)から判かる．空孔率ｇ＝22％

(Vol．について）であった．本実験に供した二種類の粗伝熱面表面状態を表面粗さ粒度の比較において，溶射伝熱而に比較して焼結伝熱面が4.73倍で，伝熱面実表面積については平滑伝熱而と比較すると溶射伝熱而では1.61倍，焼結伝熱面においては1.75倍であった．Ｆｉｇ５（図５）は伝熱面とノズルの配置および座

標軸を示したもので，座標の原点を伝熱而下端で伝熱表１．伝熱面表面状態

０．１３４

､d/２

雷弓i首−−垣麺2唾￨焼結面｜溶射間

度（mesh） ‑32〜＋421‑100〜＋250 粒

平均粒度（ m e s h ） ³^７ ^１７５

進ｈＰ⁝１１即弊﹄

平均粒径．（、）

０．３９８０．０８５ (mesh） −３２〜＋４２ −１００〜＋２５０

Tyler

面粗さい、ノ −４９５〜＋３５１ −１４７〜＋６１

JIS（/､､）

^{−５００〜＋３５０} ^{−１４９〜＋６２}

層厚さ（ｍ、）

^０．６５ ^０．５

横方向粒子数（佃）

空孔率Ｅ（％）

玉利・蔵辿・加治屋・佐藤：粗平板伝熱面から液体への気泡の液体かくはん時の熱伝達促進に関する研究（第１報）

5８８．２ 3１４．１５

平滑面との比較(実質値) 1.61倍 1.75倍

０．６２５

る事が図４−(b）から判かる．一方使用粉末成分が Cu：89.14％,Ｓ、：10.6％，Ｐ：0.26％（wt％）で見掛密

度は4.76ｇｒ/ｃｃである．焼結銅板の場合は電気f1,1板

１１９．９０

悼睡＝

Fig.５Thearrangementoftheairinjectioｎｇｌａｓｓｃｏｎｄｕｉｔａｎｄｎｏｚｚｌｅ，

／

−８０一一

縦方向粒子数（個） ^{4７９．６２} ^{2３５２．９} .／

〆 /

縦方向長さ（ｍ、） ^{3１５−３}

1.79倍

１．７９×１０．１

絶対表面械（ｍｍ２）

1.79倍

千二

１

１ /

／

横方向長さ（ｍ、）

^{7８．５４} ^7８．８

実際表面積（ｍｍ２）平滑面との比較(絶対値）

１．７９×１０４

１．６１×１０４１．７５×１０．１

(8)

鋤Ｍ蝋一Ｍ雛一Ｍ鵜

2４

, 0 0 1

鹿児島大学工学部研究報告第２４号（ 1 9 8 2 ）

表２．伝熱面の状態と実験条件およびその範囲

３．１自由対流時の熱伝達

粗伝熱面から液体や空気への自由対流熱伝達の研究3')‑33)は数少なく，結果において多少の差異が見うけられる．本実験においては液中に鉛直に支持された一様熱流束の条件下で加熱された溶射伝熱面Ｍ１・wc,．

および焼結伝熱面MsInt、の二種類の粗平板伝熱面か

, 噸Ｉ

麺畷伝熱面の状態実験条件およびその範囲

血』 ^ｌ︲１ ^顧み皿一 ^{表面状態}

符号， − ：通過^{面粗さ}

^{表面積} ^、 ^２ ^熱流束 ^{〆州伽個山一} ^{個の吹込} ^{空気量}

^{ノズル１}

^{Ｎｃｍ３/ｓ} ^Ｑ ^ｏ ^{込流量} ^{全空気吹} ^{Ｎｃｍ３/ｓ} ^{Ｚｎ･Ｑｏ} ^{伝熱面か} ^{の垂直距} ^離 ^中心まで

^{らノズル}

^どｍ、

^{試験}

^{液体} ^{比抵抗}

^９．ｃｍ

^洲の賊 ^脈伽搬℃

十止まり

w 烏，

G 鞘

面積比 (粗/平滑）

3 ．実験結果および考察

,

０

面幅方向（Ｚ方向）の中央点にとる，図中の二点鎖線で示した長方形部分が伝熱面に相当することを示す．

本実験は空気吹込口（ノズル）数が１個（Ｚ＝1）の場合について実験されたが，ノズルの位置はｘ＝0,ｚ

＝０の伝熱面下端表面上を原点に，伝熱面に対して垂直なｙ方向の距離６を，ど＝2.5,5.0,10,20,30,40, 50,60,70ｍｍと色々と変化して，この場合の粗平板固体壁面から純水への対流熱伝達が調べられた．表２に伝熱面の状態と実験条件およびその範囲を示す．実験範囲として：熱流束９は1047≦9≦12677Ｗ/ｍ２で吹込空気量Ｚ･Ｑｏは0.21≦Ｚ･Ｑｏ≦20.75Ｎｃｍ３/ｓの範囲で，また伝熱面からノズル中心までの垂直（ｙ方向）距離§は2.5≦5≦70ｍｍであった．かくして本研究は二種類の粗平板伝熱面：Ｍｌｗｃ,.，Msin 、にわたって熱流束９，吹込空気量Ｚ･Ｑｏと空気吹込位置６との組合せにおいて実験が行なわれた．なお自由対流熱伝達の実験は空気吹込口等の関連部分を除いて，空

気吹込なしの状態で上記同一の装置で行なわれた．

０．２１０．９６１．８７９．４４２０．７５０．２１

０．９６１．８７

９．４４

２０．７５ ^● ^５

０００００００５２７６５４３２１

１０４７

( 9 0 0 ）

' 2 0 ｡耐

^０．５

ら液体への自由対流熱伝達付録１，付録２について述べる．

図６に溶射伝熱面，図７に焼結伝熱面の粗伝熱面表面壁温変化を示す．図において伝熱面表面温度分布は

：藍 M w 1 ゴ : ) 三菱 M : ｝ … … （１）

の関係が成立し，平滑平板伝熱面Ｍｓｍｏ・の場合と同様の傾向が得られた．また図８はⅣ"｡脚と（G瀦・P,）

.P,/(0.8＋Ｐ,）の関係を，さきに報告19),20）した平滑平板伝熱面Msm｡．との比較において示したものであるが，本試験粗平板伝熱面から液体への自由対流熱伝達は，平滑平板伝熱面の次式34）（２）と同様の結果を

得た．

ノV"｡H＝0.74[G瀦・Ｐ,{Ｐ『/(0.8＋ｐ,)}]'/５．．….(2) 式（２）において実験点はすべて一様熱流束時の１/５乗則に従う事が判った．また図９に自由対流熱伝達における反0(）と９との関係を例示する．Msm｡.；

Ｍｕ.wcI.;Mslnt､の各伝熱面から液体への平均熱伝達係数征｡(）は熱流束９との関係において，いずれも

〃ｏｃ９１/５

……(3)

の関係を示すことが明示された．検討の結果，さきに

報告19),20).21)した平滑平板伝熱面の結果からその平均熱伝達係数面｡(Sm｡.）は次の式（４）

α･(Sm｡.)＝７３．４０９'/５……(4)

で表わされた．また本粗平板伝熱面の実験結果から溶射平板伝熱面に対してその平均熱伝達係数ａ｡(a,we,.）

は次に示す式（５）

αo(a､we,.)＝７６．０５９１/５……(5)

2８

空気

２８１

Ｈ20

106以上

12677

( 1 0 9 0 0 ）

０．６５

(9)

２

2５

４５６８１０２０

Ｘ【Ｃ、

￨

Ｉ

×字ﾕ0061.79（ＫＣａｴ/mzh）ｅ＝28.03（･Ｃ

Ｏ字９０４５．２２ｅ＝２８．００，

△ 字８４３５．９６０ＣＯ＝２８．００００

口字７２２６ . ユ５ , Ｏ＝２８．００側

① 字６２１８．８８，ｅ＝２７．９８，

十字 5 0 1 4 . 2 3 ， , ｅ＝ 2 7 . ９５側

▽ｑ＝3811.52,，０＝２８．００側

◇ 字 2 9 1 5 . 4 0 ｍｅ＝ 2 8 . 0 0 園

ｅｑユユ9６３．３８０＝２８．００，・

▲ｑ＝ユ3６３．９６。，０＝２８．００

日〔Ｆ１００３．６２ｅ＝２７．９７侭

、手５２２．１９伽０＝ 2 ８．００００ 3０

ー

８２０

ｰ

０８６５４２１

１

岳１０国①司・ご・３

１

玉利・蔵迫・加治屋・佐藤：粗平板伝熱面から液体への気泡の液体かくはん時の

熱伝達促進に関する研究（第１報）

国○コＺ叩︑

００００

図６溶射伝熱面の壁温変化

０．５，．７１２３４５６８１０２０３０５０７０上 0 ０ｚｕｕＪｕｕ。 u ｕ

Ｘｑ=ﾕ0183.20(ＫCal/mzh）０＝28.03（ｏＣＯｑ＝８９９９．０４０００＝2８．００００

△ｑ＝７８７４．５０｡＝27.９８ロ守垂６９３１．６０園０＝2７．９０００

①守電６０９４．８０伽ｅ＝2７．９０Ｇ

＋守冨4961.60 Ｏ＝28.00,,

▽手３８６９．７０，，０＝2７．９８，，

◇ＣＦ2972.80 ｅ＝27.98 ｅ字２０１１．５００，０＝2８．００，

△字１４３６．５００，０＝2８．００日ｑ＝９５３．７４，，０＝2８．００O Ｇｑ＝７２２．４００００＝2７．９７ＩＤｑ＝４９５．３０，，０＝2８．００

ー

〔‐）２０

．ー

０８６５４１

こりＩ・邑雪や羽︲︽ご型２１

４５６８１０２０ＸＩＣｍｌ

図７焼結伝熱面の壁温変化

１２

０

crH･【，瞳ｼ(0.8+pｒ＊

！

０８６５

︑▲

ｘｌＯ

一

図８ＮｕｏＨと(GrH*･Pr)･Pr/(0.8＋Pr）の関係

０

台

洲馳 } H , ｡，Ｂ = 5 0 m １ m , Ⅲ 雲 2 , 0 , , 1 , , C b = 2 8 ° Ｃ一一 : 雨 u ･側 = 0 . 7 4 1 G r 脚 .

合

P エ

▽Ｈｃｍｏ．Ｈ７０，Ｒ＝５０，ｍ，Ｈ＝２００ｍｍ，ｔｂ＝２月。Ｃ

△ ＨＦ " I C ．Ｃ２Ｈ５０Ｉ１，Ｂ＝５０ｍ､ , Ｈ＝２００厨、，ｔｂ＝２８ . Ｃ一一一 : 両 u o H ＝０．７２ＩＧｒＨ・Ｐｒ

ｐＨ｡．１１７０，Ｂ＝５０ｍ､，Ｈ壁ｌ００ｍｍｏｔｂ＝２８°Ｃ

２

／(０．８+Pr）ｌ

／〈０．８＋Ｐｒ）】

蛤跨

− ザ二二一=毒容^笹『^毛

＝

＞

。三ｍ

塁

^堂

^身

^＝^壷

く目︲

; 号鈎豊 ^鰐 ^６

=回串^甲Ｐ^Ｐ^Ｐ^テアデペ｡△

正一一Ｃ一

＝ｺロ^庫

凶 ^{β 一一}声ｘ弓X二

一一一一一一

堰

﹄一

弐弐

一厄

一一一一一一 ■■■か

﹄ _一ー

俗 −４>一◇P同Gｱｏｒシ﹄

一一

１

'−

２−^一 ^ｅ^{−１ツーｅ戸} eＦｅＦ

▲̲△＝糸戸

ＰＰ

一Ａ４−

L

一^一 ^ａ^{一。}^{ﾛ「ー}

一

旦一

0９

｜

一

｜一

ﾖー

ョー一Ｅ

ｑ︵

一

一Ｉ

ﾖｰ白一百百

夢 : 二霊Ｆ

Ｐ

一

二庭

^一 ^ｽー^一

￥三色=×＝

声声

二１コ一

Ｅと一

■﹄弱刃一塾

三

ゴ

一一声一学一

一芸ク

^二Ｊ^ー一理^一

一ざ５Ｖ

一

〈》

▽

一宗＝^一

ｅ −９^一一ﾘＬ９−詩^一

』一_一日二^一 ^一 ^ー ^一

一昇一し白一

佑、

ｆ一

‑ １

'一日一日･日一

>一，一､‑ず

声声

、

一

Ｌ一

ﾜ

ー一

(10)

結果，平均ヌセルト数ﾉV"｡〃は平滑平板伝熱面Ｍｓｍｏ・

に比較して式（２）により一層よい一致を示す事が明示された．この事はさきの図９からも首肯できる．以上の事から自由対流熱伝達におよぼす表面粗さの影響

は極めて小さい事が判明31),32）した．また今の場合，

境界層が層流であるか，乱流であるかを確かめるために藤井らによる，水に対する限界条件：

（ G 歯･ P , ) ｡ ≦ 0 . 2 〜 2 × 1 0 1 3 , 8 5 ）

ならびに藤井の限界グラスホフ数Ｇ…,ｉに関する実験式36）

Ｇ『霧.c『,＝２．１×109Pr‑3/５

によって検討した．両粗平板伝熱面からの自由対流熱伝達に対して検討の結果Ｐ,､数が，

3.77≦Ｐｒ≦5.55

でこの時，限界グラスホフ数Ｇ'０.cri．は７．５１×１０８≦Gro・cri≦９．４７×１０８であった．この時レイリ数臓は

5.72×1010≦Ｒｵ,o≦1.60×1012

で充分層流の範囲内付録4,付録５にあった．なお液中に

空気を吹き込み液体かくはんを行なった場合に対しての層流条件について次に述べる．今回の二種類の粗平板伝熱面から液体への空気吹込時における全実験データに対して検討の結果，プラントル数Ｐ『は

4.22≦Ｐｒ≦５．７３

にあり，この時，限界グラスホフ数は７．３７×108≦ＧｒＨｃ,』.≦8.85×１０８であった．この時レイリ数Ｒｉｆは

7.05×101･≦臓三1.21×101Ｚ鹿児島大学工学部研究報告第２４号（ 1 9 8 2 ）

2６

１１６．３２３２．６５８エ . ５１１６３２３２６５８１５ユユ６３０

２９３０

６９７

８６５４３

︒◎二ＮＥへ﹃応○淫湾ＮＥへ夢

４６５

。

￨とゴ２

^２３２

１０２

W/ｍ２

６

１０ ‐ ２３．４６８ユ０３

２３４６８ユ o l O qKcal/ｍ２ｈ図９自由対流熱伝達における平均熱伝達係数と熱流束との関係

２

表３．自由対流熱伝達におけるα･(）とｑの関係

４８ ＋3.5％

−

＋3.7％

ｏ（）＝７６．１２ｑ５

磯一伽亙州

単一平板伝熱面との比較

α0()とｑの関係式

ｏ（）＝７３．４０ｑ，

０（）＝７６.Ｏ５ｑ５

●

で与えられる．また焼結平板伝熱面からの平均熱伝達係数ａ｡(sin .）は次式（６）

αo(sint.)＝76.1291/５……(6)

で得られる．これらの実験結果を表３に示す．表３か

らこの程度の伝熱面液体側表面粗さの相違に基ずく自由対流熱伝達におよぼす影響は極めて小さい事が判り，

きらに平滑平板伝熱面Msm｡.からの平均自由対流熱伝

達係数と比較して，比較的低熱流束領域：267≦に

5815Ｗ/ｍ２において粗平板伝熱面からの平均自由対流熱伝達係数αo(）は３〜４％増の傾向が得られた．本粗伝熱面，Ｍ .w｡,.＆MbInt・の丘。と９との精

度を表付録３に示す．しかるにＭｓｍｏ・平滑平板伝熱面

から液体への（Ｈ２０＆C2HsOH）自由対流熱伝達はその無次元整理の結果式（２）の比例定数0.74は実験の結果0.72〜0.74の範囲でまたSparrowらの相似

解37）にほぼ一致成立するから，Ⅳ卿｡Ｈは最大2.7％の

範囲において収まる事が判かる．すなわち液体温度 r6＝28℃一定条件の下で厳密に分析してみると，粗平板伝熱面からの自由対流熱伝達の結果は，二つの粗平板伝熱面：Ｍｎ.w･,.,Ｍｂｉｎ・は共にその無次元整理の

●

ｐＭｓｆ刀t、Ｈ＝２００ｍｍ０Ｍα･ＵｅＺ．Ｈ＝２００１m、

〃〃Ｂ＝５０ｍｍ，ｔｂ＝２８．ＣＢ＝５０ｍｍ，ｔｂ＝２８°Ｃ

●Ｍｓｍｏ．Ｈ＝２００ｍｍ｡Ｂ＝５０ｍｍｔｂ＝２７．９３°Ｃ−２８．３１°Ｃ

Ｐ、盃の［犀口^似^凶

F D = ﾛシ8 ＝

一エー一百.−て

う戸

一罰ｒ

歩 ^同 ^ｊ ^３ ^ｒ ^ｏ ⁻ ^１

^{、Ｆ１一}^Iｑ５ ^＆

^テペロ

(11)

23.2

2７

であり，層流条件付録6,付録７を充分満たしている事が

明らかとなった．

注）：なお本実験を行なうに当り両粗平板伝熱面を持つ加熱器の熱損失算定のための実験に際して，伝熱面表面が粗表面である関係から伝熱面表面の空孔部分を配慮してこの部分に充填材を流し込む方式をとった．

充填材料は検討の結果，流動パラフィン(LiquidPar‐

a缶､)付録８使用して外部流体（ＨｚＯ）と粗表面部分との縁を断ち切るよう配慮して熱損失の測定を行なった．

時の平均熱伝達係数α＝ａｓ､｡．と熱流束９との関係をさきの研究'8),19),20）の結果,α/ａｏ−９の関係から吹込空気量が次のＺｈ･Ｑｏ＝１．８７Ｎｃｍ３/s,Ｚｈ。Ｑ･＝20.57 Ncm3/sの場合について図10‑(a)，図１０−(b）に例示する．図から反Sm｡・は空気吹込距離５，吹込空気量Ｚ･Ｑｏのいかんにかかわらず９と共に増加する傾向を示し，次の関係

αＳｍ｡、ＯＣ９Ｏ･Ｏ７５

が得られそのSlopeの指数〃は0.075であった．しかしながら，溶射伝熱面および焼結伝熱面を用いた粗平板伝熱面から液体への熱伝達の結果をαa,we,．と９の関係において図10‑1に，何sin ．とりの関係を図１０−２に例示した．今の場合各伝熱面Ｍｈ､we１．，

Ｍsin ．に対して§＝2.5,10,30ｍｍに限って例示したが５＝5,20ｍｍともに同様の結果が得られた．粗平 3.2空気吹込時の粗平板伝熱面からの平均熱伝達

係数α(）と熱流束ｑとの関係

平滑平板伝熱面Ｍｓｍｏ・から液体への空気吹き込み

Ｉ︑︾︽Ｕヂｂ直︾△⑨皇﹄

１△︾言や②ａ︒

︒︑兵︑巳へ﹃ｎＵ露

エユ.６

羊又●

︻翼︼まいＥ︾﹄多５

０６５４３２

ｌ

ｘＵ●兵ごＥ︑﹃何Ｕ望

Ⅱ

２瞳ぬら

２３．

l l l Ⅲ

ｉｎ︾︑︒︽ｂ卓．４

勺＆

翼己︒︒︒Ｉ１１．

０．５８２ユ.ユ6３２．３２６５．８追Ｕ､６３×ﾕ０コ５．８

ｑＫｃａｴﾉmzh ０

（ａ）ｑＫｃａﾕ/m2h

図10‑(a）気ほう吹き込時の平均熱伝達係数何と熱流束ｑの関係

ﾕ.163２．３２６５．８１５ユ1．６３２３．２６５８.ユ５Ｕ６ｏ３ｘﾕO２Ｗｍ２

エ２３４６８ユ 0 ４２３４６８ユＯｚｘﾕｏｚｑＫｃａｌ/ｍ２ｈ

図１０−２ａｓ,､．と９との関係

１２３４６８ユ０８２３４６８１ o z ｘﾕＯｑＫｃａｌ/En2h

図１０−１反a､we,．と９との関係

図10‑(b）気ほう吹き込時の平均熱伝達係数反と熱流束９の関係

×

０

︒︑毎曲Ｅへ︻句○選︒︒Ｅ②伯

茎粕Ｅ

、夢

、8１

４６．５

び６５４３２

１瓦︒●兵︑Ｅ︑﹃旬︒望

５

玉利・蔵迫・加治屋・佐藤：粗平板伝熱面から液体への気泡の液体かくはん時の熱伝達促進に関する研究（第１報）

２６３ 壮

^{尽−９１５}

O

』 1５

２６

Ｌ､Ｌ6コ２．３２６５．８ﾕ５ｎ.６３×ﾕ0９

5．８１ 1５

'･ﾕ３２．３２６５．８垣１１．６３２３．２６５８．１ｓｕ;ﾙ､勘慰'０，

１０

ｂ

６コ 326

１６３

●

xユ

●

6３け

2６

8ﾕ５

Ⅱ２．，Ｚｎ■１Ｈ■２００１１ｍＢ■Son、

Ｅ■２．５，ｍｇ宮ユ０ｍｍ９口30,ｍ

一一…….●.．….‐一一一Zn･ＱｏｐＯ､21Ncm髄

一一一一

一一一一一一一一

一﹄︷

眉宕^﹄●

国字国﹃日０一■７４画●●﹃● 一声

匡室璽鰯−０

−

◆ ﾜ雪男弓辰諒４

０

５二寡 : ：

窯露

０

１００１１１

園5;総;器亨

Ｂ界苧

̲．間江一一｡｡･･･・証霊＝四一唱坐』里ごａＩａＵｆｎＵ̲

ー ‐‐＝ ̲̲､淵ＰＣ ● 画幸吉売言三

■■

‑ ‑ ‑■ ｡。

ロ

宮6国露

一一一蝿

Ｈ20,Ｈ画200,,,Znpユ。ｇコユon、

。§■20ｍｍＺｎ･Ｑｏｍユ.８７Ncm9/８画Ｅ=30mｍ

▽ Ｅ画５０ｍｍ

一二些廻且^{０．０７』}侭、

！ ⑤ ヨ

一

ロ

−Ｋｺ一̲ ̲ 一で一画

●

一匠一一也

笛』

−

ー ③ 価

一

ー

ワ

Ｈ２ＯｇＺｎ■１Ｈ画２００【、

Ｂ率５０ｍ、

や２．５，，〔重ｌＯＥｎｍｇ■３０E､、

一一・……一･･…一・一酷･一Ｚｎ･Ｑｏ■0.21Nc､ｼｓ

一一一一一一一一

一

＝９_くぅ

呼一宅一Ｗ

Ｃｆ

蝋撰一

＝＝

目

ｎ △

▽▼Ｗｐ

Ｔ

^りすー

﹃一﹄︾Ⅱ 雁贋︒

＆…･息＝毒進一＝皇

一●●●●●●●●●申●●●●●

圧需吊

I響＝。

､●●●●■●句巴

言司

『窯

詞＆寵

蕊

：馴一︐

携一

陰

x･･…･−

ひ画一戸■４

＝＝^。＝いめ＝ー二二一・一ロｰ ‐ −

日 l』ｈ ‑ ‐

四一ﾆｰｺ r 電

一一一

回壷．０１

零

^巴^間Ｉ^.Ⅲ^{函一}

H2０，Ｈ=2001,,,Ｚｎ画ユ｡Ｅ■10Ⅱ、

Zn･Qo庫9.44Ncmvg

●ロ

§^{■２０ｍｍ}画３０噸、

▽と■５０mｍ

"？

︾●

③

● 可

勺一Ｆ

●

ロ

一一一

●

。

− 窒脇7５

一一Ｕ

ー

▽ ワ

一 −

｡

(12)

（ａ） qKcal/m2h

図10‑3(a）αa､we,．と９との関係

2８

号（1982）

１

板伝熱面の平均熱伝達係数αa､we,.，面sin ・は吹込空気量Ｚ･Ｑｏが易･Ｑｏ＜9.44Ｎｃｍ３/ｓの範囲では６≦

30ｍｍの場合，９の増加と共に指数関数的に単調に

減少する傾向，すなわち次式

例（）ＯＣ９−０．０６３

の結果が得られた．一方空気吹込位置§がど≧40ｍｍのごとく比較的大きい場合の征(）と９との関係を図 10‑3,図１０−４の（a)・(b）に示す．図において吹込

砦共英司裳鴬皇巽¥撰募

鹿児島大学工学部研究報告第２４

ぼ１０２幕風ｌｏ２

Ｅ

、郡

２ｺ､２６

−︽ＵＯ︽Ｕ−︐９︾４﹃﹄﹃冬２○Ｌｕ●兵肉日︑﹃屯Ｕ望︒旨い旬︒

ｕ､６コ

5.815

２．．２６

1.163 ユ貢︒●星両日へ︻ｑＵ淫・再也︒︒句︒１今︒上ｚｌＯ０８Ｐｂ屋ゴ４１︾２．

＃

ｘ１０２ｕ､６．

静

§

5.815

先いい赤い津卵２Ｓβ息〃

１︐色■あむ璽恥００１９０２

酢恥面心︒︒

０２４２０００ｎ恥恥辱︒△画▽◇

竿;卜縛

Ｗｍｇ

病討示一言元

２８ユ０８２３４

主

図１０−４(b）反sin ．と９^（^ｂ^）

ｑＫｃａ１/､己ｈ

との関係

■■■ﾛⅢ

1 1 1 1 ■ ■ ■ ■ ■ U I I I l

空気量がＺ､ｇｏ＜9.44Ｎｃｍ３/ｓで空気吹込位置写が５≧４０ｍｍと大きい範囲では，気泡による液体かく乱の効果はさほど現らわれず，熱流束９の増加と共に単調に増し，熱流束の大きい所で各伝熱面ともに平均熱伝達係数α(）は飽和する傾向を示した．この場合，粗面平板伝熱面Ｍ(）の影響はさほど現らわれず，平滑平板伝熱面Mbm｡．と同様な傾向

ａ（）ｏｃ90.07s

を示すことが判った．また同図においてＺｈ･ｇｏ≧9.44Ｎｃｍ３/ｓ

の範囲で６＝40ｍｍでは９の増加と共に平均熱伝達係数反(）の値は減少し，吹込空気流量がさらに

Ｚ･ｇｏ＝20.75Ｎｃｍ３/ｓ

と増加しても§＝50ｍｍと伝熱面から十分離れた吹込位置でどの小さい2.5≦6＜40ｍｍと同様な傾向を示すことが判った．このことから吹込空気量が多くなればなるほど伝熱面から空気吹込口ノズル中心までの距離５の大きい範囲まで気泡の液体かく乱による影響が及ぶことが判った．すなわち § のいかんにかかわらず,また吹込空気流量にかかわらず図'0‑,，図,０−２および図10‑3,図１０−４の（a)，(b）から以下の関係

ａ（）ｏｃ９‑0.063

が成立することが判かつた．このことを半理論的に求めると次のようになる．ここに自由対流の場合の平均熱伝達係数を丘｡()，空気吹込時の粗平板伝熱面からの平均熱伝達係数をα(）とすると

、 ' ｡（）ｏ６．９１ / ５

また３．３節に後述のように，本実験結果から

α ( ) ／ α O ( ） O C 9 ‑ 1 / 3 . 8

が得られるので，このことから

２．コZ６

'･ｌ６ｉ

ＴⅡ

（＆） q K c a l / m z h

図１０−４(a）反sin ．と９との関係

１２４６８１ O ｕ２４６ − g − ，． − 両 1 ６

ﾕ 6 コ 2 . 3 2 6 ５．８ﾕ５ｎ . ６３ 2 3 . 2 6 ５８ . 垣Ｕ６ｏ３ｘﾕ 0 ２

ｑＫｃａｌ/ｍ７ｈ

《ｂ）

図10‑3(b）αa.w°,．と９との関係

ｒ︹Ｕ︽Ｕ・副Ｕ︽回ＰＤＥざ△⑨誼︾﹃４Ｇ人︽＆Ｑ←嵐

︒︑二ｍ︽贋︑﹃⑤Ｕ望・画○一コ・句⑥

2 3 : : に＝工

Z､３２６ 5.8ﾕ５

一門三門十語＝院僑芸幾両

夢

§

1１．６３

｡z｡P且.0．唖

５ｏ８ｌ５

童 ' 三１丑 i E 研 E １

ｎ.６３

置穏︒︒

ﾕ｡エ 6 ３２．３２６ 5 . 8 1 5 ｎ . ６３ 2 3 . 2 6 ５９舎璽ユ 1 6 . 3 × 1 0 コ１.エ6コ

ｘｌＯ２

２ｺ.２６翼ユ

２１

Ｕ●星︑Ｅ︑︻旬Ｕ茎

Ｈ２００Ｚｎ画１ H■２００mg、

B■５０魚zn E■４０両ロ

４−一竺竺

Ⅱ

).〃３

−

１;ー◎ ^−４ F〈ー．>−Ｘ

１ L １Ｐ？

; と −

Ⅳ Ｗ門目烏殉函画匹

ａ｡ー＝ 2

．

＝

［

＆ 0．０７５−

− 貝＝｡

、画

一一

一qＪ

』、

,《"ポ^正^ｰ^魁◎

と﹃

ワＥ

』

一一

凹

夕

ＯＺｎ･Ｑｏ旬０．２１NC、､／ａ

△ 口掌０．９６ロロロ ■ ユ．８７口

▽ ｡ = ９．４４働

◇ 働画 2 ０．７５．

Ｗ ⑫ ｎｏＵＯ＝Ｕ･墨』 j w g R ョ

△ 画画０．９６働口ｐ毒１．８７㈲

▽ い ■ ９．４４画

◇㈱■20.75画

上

■ ■

望司酉罰､且ZQPe‑9.'

‐ 戸⑨

− ー

▼ Ｖ

8Zｏｐｅ（^ｏ^０^７^５ＦＬ

一唾

心Ｐ

【｡

昂 △ 一ビタと

全

《

住可が

全

｜︐

才ｰ

《｡

開男弓

← 一

ｺ

，且

弓吟

３

︑紅画口図ロＩＰ□■

Ｅ汐画一ーー

ー

。ｰ

H20,Ｚｎ■１ H軍２００１Tｍ B画５０，ｍ

ｇ■50mｍ ^〈ＬａＺｏｐｅ−０.

▲ 毎 ℃

〃知Ｍ》が

＝

画一一？一唖Ｐ②咽勺

１口

■■■

Ｉ１

コ三番役

Ｅ全口早４二局握酉︒副江⁻ 三一

戸＝日日日園

Ⅱ一寺^ヨ

Ｆー

一口一に刑

￨o可

ＯＺｎ･ＱＯ■０．２ユＮｃｍ３／８

△ ロ ■ ０．９６側ロ同 ■ １．８７口

▽ ００画９．４４ＣＯ

。００画２０．７５，，

(13)

玉利・蔵迫・加治屋・佐藤：粗平板伝熱面から液体への気泡の液体かくはん時の

熱伝達促進に関する研究（第１報） ²^９

＊衝噸耶￨ :二 : 二篭｝ … … ( 7

を得る．したがって反(）は熱流束９の増加にともなって一様に減少する傾向を示すことが明らかになった．その勾配は‑0.063で溶射伝熱面，焼結伝熱面ともに同様な結果が得られた．

３．３平均熱伝達係数比α(）/ａ｡(）と熱流束ｑの関

係

図１１にα()/何｡(）と熱流束９との関係を溶射伝熱面Ｍｈ,we,、焼結伝熱面Mbin ・の二種類の伝熱面について例示した．α(）は気泡による液体かくはん時の粗平板伝熱面における平均熱伝達係数で，図１１は粗平板伝熱面，Ｍｈ.w｡,．とMsin6・を使用して伝熱面前方の空気吹込位置 § を変化した場合の熱伝達係数比 α(）/面｡(）を吹込空気量Ｚ,。＠・をパラメーターとして，熱流束９との関係で例示したものである．図中に平滑平板伝熱面Msm｡、の値を破線で並記したが粗平板伝熱面Ｍ(）との比較において反()/征｡(）の傾向は熱流束９と共に減少し，ある熱流束以上で飽和するのは平滑平板伝熱面，粗平板伝熱面共に同様であるが，その減少の傾向は平滑平板伝熱面の場合と異なる．

（１）空気吹込位置６が比較的大きい５０≦6≦７０ｍｍの場合を図１１の（a)，(b)，(c)，（f）に例示する．

図１１（a）にMsint．とＭｈ.w｡,．の空気吹込位置５＝

70ｍｍの場合を，また図１１（b）に５＝60ｍｍの結果を例示した．図１１（c）および（f）にさ＝50ｍｍの位置で空気を吹き込んだ場合のＭ孔.ｗｅ１．およびＭＳＩ､・の各伝熱面における実験結果を例示した．図１１（d)，

(g）は空気吹込位置６が，５＝30ｍｍと比較的に小さくなった場合のＭｈ・we,．と肌in６．の両粗平板伝熱面における実験結果の例示であり，図１１（e)，（h）はさらに§が，ど＝10ｍｍと粗平板伝熱面に接近した場合の実験結果を示した．また図１１（i)，（j）はちの極く小さい2.5≦6≦５ｍｍの範囲における実験結果を例示した．以上の結果から空気吹込位置ｆが大きい５０≦

§≦70ｍｍの範囲をとれば吹込空気量Ｚ･ｇｏが４．４４

≦Ｚ,。ｇｏ≦20.75Ｎｃｍ３/ｓにおいて，熱流束９のいかんにかかわらず，一方比較的どの小さい範囲である１０≦を≦30ｍｍの範囲をとれば，さらにどが５ｍｍ，

2.5ｍｍと極めて小さくなった2.5≦ど≦５ｍｍの範囲においても，熱流束９が９三3489Ｗ/ｍ２ならば，これらの傾向は変らず，吹込空気量Ｚ"･Ｑｏのいかんに

かかわらず次式

α(）/ａ｡(）｡c９−'/3．８……(8)

の関係が得られることが判かつた．

平滑平板伝熱面と粗平板伝熱面との結果をその SlOPeの指数〃の面から考察すると，〃Sm｡.＝−１/８であったのに対して，本実験での両粗平板伝熱面の場合

においては

〃仏.we,.＝"Sin.＝−１/3.8＞−１/８

と平滑伝熱面に比較してそのslope〃は大きく単調に減少する．この傾向はぐが比較的大きい範囲５０筆

≦70ｍｍでも変らない．以上のことは伝熱面表面状態の粗滑の差異が吹込空気量Ｚ･Ｑｏ，空気吹込位置６，

熱流束９との組合せによって総合結果として得られたもので，これは平滑伝熱面の場合に比較して伝熱面近傍（境界層内粘性層におよぶ）の摩擦応力（勇断応力）frectionstressorshearingstressの熱伝達におよぼす大きさの度合の差異による結果と考えられる．

但し実験結果はＭｎ.w｡,.，MSint．との比較においてはこの程度の表面状態の相違では９＝1861Ｗ/ｍ２を除いて大きな差異は認められなかった．

（２）吹込空気量が0.21≦Ｚｈ・Ｑｏ≦1.87＜4.44 Ｎｃｍ３/ｓの範囲をとれば図１１において空気吹込位置どの大きい４０≦ど≦70ｍｍの範囲で熱流束９のいかんにかかわらず平滑平板伝熱面の場合のslope，

〃Sm｡.＝−１/8＝"a.w･I.＝"Sint．

の如く同一傾向

面 ( ) / 面｡ ( ）ＯＣ９ − １ / ８

の関係が得られた．これは§が伝熱面からを≧８０ｍｍと離れる時，気泡による液体かくはん時の熱伝達におよぼす影響，上記のfrectionstressorshea‐

ringstressの大きさの度合が粗伝熱面では，９，風･＠｡，

どの組合せにおいて丁度平滑平板伝熱面Ｍｓｍｏ、から液体への熱伝達時の摩擦力（酋断応力）の影響の大きさの度合に相当するものと考えられる．

（３）空気吹込位置どが2.5≦6≦40ｍｍの小さい範囲について述べる．空気吹込位置５が40,30ｍｍと伝熱面に接近すれば図１１（d)，（９）のごとくＺ･ｇｏ

＝20.75Ｎｃｍ３/ｓの場合，そのslopeは大きくなり

〃a､we1.＝"Slnt.＝−１/1.4の傾向を示す．どのこの範囲では熱流束９と§の減少と共にα(）/αo(）の値は急激に増加の傾向を示すことが分かる．さらに＝２０ｍｍと伝熱面に空気吹込位置６が接近すれば

〃a,we,.＝"sint.＝−１/1.02

の如くそのslopeはさらに大きい値を示し，反()/α･(）

の値も増大する．図１１（d)，(9)，（e)，（h)，（i)，（j）に

雑誌名 鹿児島大学工学部研究報告

粗平板伝熱面から液体への気泡の液体かくはん時の 熱伝達促進に関する研究（第1報）

著者 玉利 ?一, 蔵迫 兼志, 加治屋 厚廣, 佐藤 伸雄

雑誌名 鹿児島大学工学部研究報告

巻 24

ページ 19‑43

別言語のタイトル STUDIES ON THE INCREASE OF HEAT TRANSFER

COEFFICIENTS AS THE STIRRING EFFECT OF BUBBLES TO LIQUID FROM A ROUGHNESS FLAT HEATING

SURFACES (1st Report)

URL http://hdl.handle.net/10232/12466

粗平板伝熱面から液体への気泡の液体かくはん時の 熱伝達促進に関する研究（第1報）

著者 玉利 ?一, 蔵迫 兼志, 加治屋 厚廣, 佐藤 伸雄

雑誌名 鹿児島大学工学部研究報告

巻 24

ページ 19‑43

別言語のタイトル STUDIES ON THE INCREASE OF HEAT TRANSFER

COEFFICIENTS AS THE STIRRING EFFECT OF BUBBLES TO LIQUID FROM A ROUGHNESS FLAT HEATING

SURFACES (1st Report)

URL http://hdl.handle.net/10232/00010684

粗平板伝熱面から液体への気泡の液体かくはん時 の熱伝達促進に関する研究（第１報）

玉利賢一・蔵迫兼志＊・加治屋厚麿・佐藤伸雄

α()/ａ｡(）oc9‑1/3.8.(Z"｡Ｑ･)33ﾉlo･exp(‑0.945/５．）……….………･……･………（１）

α()/αo(）oc9‑1/3.8.(Z"･Ｑｏ)3.3/'０.exp(‑1.185/5b）・…･………･…･…………･………．（２）

Ｍ＝ＭＳＯ

鵬ea，

熱 伝 達 係 数

動 粘 性 係 数

記ａ 号

M b i n c 、

ＢＦ９

Ｇ ｒ Ｈ

ⅣαoＨ

Ｐ

r ｐ

[ｍｍ］

Ｐ

添 字 蕊

ｌ i =

平滑（Smooth）平板伝熱面を示す．

例．Msm｡.,αSm｡.,α(α/α･)Sm｡、

粗面の場合を示す．例．simiprn､we,．

平 均 値 限 界 値

の値

合の値）

真 の 値 SＩ単位表示

局 所 値

す ．

神位

肩 記 号

（ｈｅａｔｔｒａｎｓＥｅｒｓｕｒＥａｃｅ）

４．ｍｊＬｃａｐｌａｔｅｓ

５．ａｓｂｅｓｔｏｓｐｌａｔｅｓ

べ る 二 種 類 の 粗 平 板 伝 熱 面 ご と に ， そ れ ぞ れ の 加 熱 器

と略称）と同型の長方形粗平板伝熱面200×50×６ｍｍ

グ ラ ス ホ フ 数 だ け に 用 い て ， 修 正 グ ラスホフ数を示す．

に純銅粉末‑100〜＋250ｍ…（Tyler法）を，［Ａｒ，

ズマにし5000〜15000.Ｋのプラズマガスジェット温

テングしたもので，溶射粒子は最大600ｍ/ｓに加速

さ れ る と い わ れ て い る ． し た が っ て コ ー テ ン グ 面 を 観

電 子

、蝿もふ……賀̲鵬…

M ﾉ ① ２ １ M ﾉ ④

'ぬ

Ｉ

' ' 四

' ' 四

i l l

１ １１ １

可

１ １ − 滴 １

l l I

￨ｉ−滴 l l r ② ２ １

ｲ艮然面伽懸§証鋤1面）

／

図 ３ 伝 熱 而 寸 法 ・ 測 温 点 お よ び そ の 性 状

蕊蟻澱惑簿

綴

、 1 練 寧

睡圏リユ識

凝耗面偲 0.65ｍｍ)承

雑誌名鹿児島大学工学部研究報告

粗平板伝熱面から液体への気泡の液体かくはん時の熱伝達促進に関する研究（第1報）

著者玉利 ?一, 蔵迫兼志, 加治屋厚廣, 佐藤伸雄

雑誌名鹿児島大学工学部研究報告

粗平板伝熱面から液体への気泡の液体かくはん時の熱伝達促進に関する研究（第1報）

著者玉利 ?一, 蔵迫兼志, 加治屋厚廣, 佐藤伸雄

雑誌名鹿児島大学工学部研究報告

粗平板伝熱面から液体への気泡の液体かくはん時の熱伝達促進に関する研究（第１報）

熱伝達係数

動粘性係数

記ａ号

ＧｒＨ

添字蕊

平均値限界値

真の値 SＩ単位表示

局所値

す．

肩記号

べる二種類の粗平板伝熱面ごとに，それぞれの加熱器

グラスホフ数だけに用いて，修正グラスホフ数を示す．

されるといわれている．したがってコーテング面を観

電子

M ﾉ ① ２１ M ﾉ ④

１１１１

１１ − 滴１

^l ^l ^I

￨ｉ−滴 l l r ② ２１

図３伝熱而寸法・測温点およびその性状

、 1 練寧

審射面偲

標軸を示したもので，座標の原点を伝熱而下端で伝熱表１．伝熱面表面状態

平均粒径．（、）

層厚さ（ｍ、）

横方向粒子数（佃）

絶対表面械（ｍｍ２）

横方向長さ（ｍ、）

鹿児島大学工学部研究報告第２４号（ 1 9 8 2 ）

, 噸Ｉ

麺畷伝熱面の状態実験条件およびその範囲

血』 ^ｌ︲１ ^顧み皿一 ^{表面状態}

^{表面積} ^、 ^２ ^熱流束 ^{〆州伽個山一} ^{個の吹込} ^{空気量}

^{Ｎｃｍ３/ｓ} ^Ｑ ^ｏ ^{込流量} ^{全空気吹} ^{Ｎｃｍ３/ｓ} ^{Ｚｎ･Ｑｏ} ^{伝熱面か} ^{の垂直距} ^離 ^中心まで

^どｍ、

^{液体} ^{比抵抗}

^洲の賊 ^脈伽搬℃

w 烏，

面積比 (粗/平滑）

' 2 0 ｡耐

：藍 M w 1 ゴ : ) 三菱 M : ｝ … … （１）

空気

洲馳 } H , ｡，Ｂ = 5 0 m １ m , Ⅲ 雲 2 , 0 , , 1 , , C b = 2 8 ° Ｃ一一 : 雨 u ･側 = 0 . 7 4 1 G r 脚 .

△ ＨＦ " I C ．Ｃ２Ｈ５０Ｉ１，Ｂ＝５０ｍ､ , Ｈ＝２００厨、，ｔｂ＝２８ . Ｃ一一一 : 両 u o H ＝０．７２ＩＧｒＨ・Ｐｒ

^身

; 号鈎豊 ^鰐 ^６

夢 : 二霊Ｆ

二庭

一芸ク

（ G 歯･ P , ) ｡ ≦ 0 . 2 〜 2 × 1 0 1 3 , 8 5 ）