Facilitated Diffusion of Carbon-Dioxide in a Living Body Liquid Film

A numerical study is performed for the facilitated diffusion of carbon-dioxide in an ultrapure water film flowing downward along a vertical surface. The model adopted for the present work includes the effects of the reaction rate for the hydration of CO(2)in a liquid. Comparison of the total concentration of CO(2) for different film thickness indicates that the effects of the hydration is more remarkable for the thinner liquid film

Numerical Study on Transient Heat Characteristics of a Rectangular Latent Heat Storage Vessel

Transient characteristics of the rectangular latent heat storage vessel packed with shape-stabilized phase change (solid-liquid) material (PCM) are investigated numerically by solving the governing equations of both the PCM and the heat transfer medium(water) simultaneously as a conjugate problem with the finite difference technique. It's found that the heat storage characteristics are greatly affected by the flow direction of the heat transfer medium since the natural and forced convection coexists in the heat storage vessel. That is, it is classified that the effectively thermal efficiency of the latent heat storage system is obtained by the downflow along vertical PCM for heat storage process and the upflow for heat release process. The effect of the inlet velocity of heat transfer medium(water) on transient heat characteristics of the latent heat storage system is also revealed in the present study

Freezing of Quiescent Water in a Horizontal Cylinder

Heat transfer measurements were conducted during freezing of quiescent water in a horizontal cylinder. A horizontal cylinder with inner diameter of 61.1 mm is cooled by air in a constant low temperature room and time variations of the radial distribution of fluid temperature were observed. Experimental results for the velocity of the phase change interface, the time taken for complete freezing and apparent freezing heat transfer coefficient were compared with the simple theoretical model based on the quasisteady assumption

Radiative Characteristics of Frost Layer in Frosting and Defrosting Processes

Radiative characteristics of the frost layer melted by radiative heat are experimentally examined. A frost layer is heated from above by the radiative heat from a halogen lamp set. Thermal radiation of the lamp has the wavelength spectrum characteristics similar to those of the solar radiation. The effect of the environmental temperature upon the frost melting process is clarified in experiments. The optical characteristics of reflectivity, absorptivity and transmissivity of the frost layer during the melting of the frost layer are measured using special measuring instruments

Falling Snow Melting Characteristics of Warm Water Flowing along Sheet Channels Spread on a Roof

The experiment for investigating the falling snow melting characteristics of warm water flowing along sheet channels spread on a roof was performed in Tookamachi city, Nigata prefecture from February 6 to February 7, 1995. The sheet surface temperatures at 11 positions in 3 channels were measured. A physical model for a gas-water-snow system was constructed to compare the predicted results with the measured ones. A fully spread uniform water film in the sheet channel was observed in the experiments. The experimental results elucidated that it was feasible to use warm water flowing along sheet channels for melting falling snow on roofs. The temperature drop in the sheet channel mainly depended on the snowfall intensity, atmospheric temperature and wind speed. Under the influence of the roof edge, the temperature drop in the channel next to the side edge was much larger than that in middle channels. A water-snow two phase flow or a snow covered frozen water was experienced temporarily in the lower reaches of the water flowing channel. These suggest that a larger water flow rate is needed for the channel next to the roof edge, and a higher inlet temperature or a greater water flow rate is required for a severe weather condition. There was reasonably good agreement between the measured and predicted water temperatures

Transient Heat Characteristics of a Rectangular Heat Storage Vessel Packed with Shape-Stabilized Phase Change Material : Effect of Various Factors on Heat Release Process

Transient heat release characteristics of a rectangular latent heat storage vessel packed with shape-stabilized phase change (solid-liquid) material (PCM) are investigated numerically with the finite difference technique. It is found that the heat release characteristics are greatly affected by the flow direction of the heat transfer medium since natural and forced convections coexist in the heat storage vessel. It is clarified that the thermal efficiency of the latent heat storage system is obtained by an upward flow along the vertical PCM for heat release process The effect of the inlet velocity and the inlet temperature of heat transfer medium and the dimensions of the phase change material on transient heat release characteristics of the latent heat storage system are also revealed in the present study.近年、蓄熱システムの多様化を図る目的より、様々な新開発の蓄熱材を用いた潜熱蓄熱システムの開発が活発に行われ始めた。従来の固液相変化潜熱システムにおいては、特に潜熱蓄熱過程である固相の融解に伴う液相の熱媒体（一般に流体）への流出防止のため、一般に潜熱蓄熱材を各種のカプセル内に密閉する試みがなされている。しかしながら、通常カプセル材にポリエチレンやポリプロピレン等の比較的熱伝導率の小さなものが利用されるために、カプセルそのものが熱抵抗となり、蓄熱・放熱過程の相変化温度と熱媒体との温度差を大きくとる必要があり、蓄熱効率の低下となる。また蓄熱槽に占めるカプセル材占有体積による蓄熱槽利用効率の低下や蓄熱材カプセル容器への充填コスト等の経済的問題がある。本研究においては、これらカプセル型蓄熱システムの問題点を克服する目的より、潜熱蓄熱材が融解しても固相状態の形状を保つ形状安定化処理を施したパラフィン系潜熱蓄熱材を扱うもので、その蓄熱・放熱特性の検討を数値計算により行うものである。前報では、平板状形状安定化潜熱蓄熱材を複数枚垂直に充填した矩形潜熱蓄熱槽の蓄熱特性、すなわち平板状蓄熱材の融解特性に及ぼす諸因子の効果を解明した。本報告は、前報の蓄熱過程の解明に続いて、平板状形状安定化潜熱蓄熱材充填蓄熱槽の放熱過程、すなわち融解した平板状蓄熱材の凝固に伴う放熱特性に影響を及ぼす熱媒体の温度、流速および蓄熱材の寸法や熱媒体流路寸法の効果を数値計算により解明することにより、この種の新しいタイプの潜熱蓄熱システムの特徴を明らかにするものである。尚、扱う潜熱蓄熱体は融点Tm=54.1℃のペンタコサンを主成分とするもので、その潜熱利用対象として温泉熱源の昇温蓄熱（約45℃から50～60℃への昇温）を想定した数値計算を行っている。従って、熱源の昇温を目的とすることにより、放熱過程の高温度化のために、熱媒体流速は極端に小さいもの（流速0.1～1mm/s）となり、蓄熱潜熱媒体流路内では、自然対流と強制対流の共存状態を伴う、複雑な流動挙動となることが予想される

Heat Transfer Characteristics of Two Phase ClosedThermosiphon for Geothermal Energy (1st Report: Measurement on Heat Transfer Coefficient)

To prevent freezing of road and aquaduct by extracting geothermal heat with two phase closed thermosiphon has been widely used in a cold area. Both heat transfer characteristics in the underground soil and function of the thermosiphon to extract geothermal heat have to be made clear for the purpose of the above system. This study is directed for the purpose to prevent freezing of fire hydrant and composed of the fundamental experiment and the empirical experiment. In the fundamental study, heat transfer behavior is studied experimentally in the small size filling bath representing the underground soil layer. After recording temperature distribution, heat transfer coefficient is measured, they are proceeded into the correlation between the dimensionless number of Nusselt, Rayleigh and Fourier. The fundamental study is described as the first report

Heat Transfer Characteristics of Two Phase Closed Thermosiphon for Geothermal Energy (2nd Report: Heat Transfer Behavior on Site)

Heating and refrigerating technique such as snow melting of road and cold storage by utilizing temperature difference between underground soil and atmosphere is widely used[1-4] in a cold area. In the 1st Report, heat transfer characteristics of two phase closed thermosiphon for extracting geothermal energy is studied fundamentally. In the empirical study, heat extract rate is measured in connection with the change of atmospheric temperature utilizing real two thermosiphons on the site. Temperature distribution on the surface of the thermosiphon and underground soil around it is also measured. Based on the data of the empirical experiment, it is confirmed that prevention of freezing for fire hydrant can be achieved by geothermal heat utilizing two phase closed thermosiphon. Present paper describes the heat transfer behavior of the thermosiphon as the 2nd report

Flow Resistance and Heat Transfer Characteristics of Cold Water Pipe Flow with Surfactant for Cold Heat Energy Transport

Investigation of characteristics of cold water pipe flow with surfactant is important to develop a cold heat energy transport system. Both flow drag and heat transfer reductions by the Toms effect occur due to a rod-like micell structure of surfactant. When a counter-ion (sodium salicylate) was added to water solution containing of dodecyltrimethylammonium chloride (DATC) surfactant in the present study, the rod-like micell structure of DTAC was formed by connection of spherical micells of DTAC. Moreover, the reduction characteristics of flow resistance and heat transfer were influenced by the amount of the counter-ion. Useful nondimensional correlative equations for flow resistance and heat transfer are derived in terms of various nondimensional parameters.効率的な熱エネルギーの管内輸送手段の一つとして、水に鎖状高分子や界面活性剤を適量添加することにより、管内乱流流れを層流化し、管内圧力損失の軽減（トムズ効果）をする試みがなされている。鎖状高分子を添加した水溶液においては、鎖状高分子が形成するランダムコイルによる管内乱流渦の発生や発達の抑止効果が、流動抵抗の減少を持たらすと言われている。しかしながら、その鎖状高分子は高いせん断力のもとでは鎖状構造の切断による劣化を生じるため、流体に大きなせん断力が掛かり、かつ循環系として利用される高温・低温水を用いた熱エネルギー輸送システムの搬送動力軽減には、この種の高分子化合物の活用は不適当であると判断されている。一方、界面活性剤が形成する棒状ミセル構造は、鎖状高分子化合物と同じ働きで管内流動抵抗の減少に寄与することが明らかにされており、また、高せん断力流れ領域においては、再び元の棒状ミセル構造となるため、熱エネルギー輸送系に適した流動抵抗軽減材料の一つであると言われている。筆者らも前報において、界面活性剤として臭化セチルトリメチルアンモニウムを用い、また対イオン添加剤としてサリチル酸ナトリウムを採用し、その水溶液の非ニュートン挙動や管内輸送における流動抵抗及び熱伝導特性の実験結果を報告し、界面活性剤添加水溶液が、効率的な熱エネルギー輸送媒体であることを明らかにした。このように前報ではマクロ的観点より、常温状態における界面活性剤添加水溶液の乱流軽減効果を明らかにした。本研究では、極性（イオン性）界面活性剤の棒状ミセル構造形成の詳細な観察を電子顕微鏡によって行い、その棒状ミセル構造が対イオンの存在によってどのように変化するのかを解明するものである。また、この対イオンの添加量の大小による流動抵抗に与える影響についても実測を試みた。さらに、界面活性剤添加水溶液による管内流動抵抗軽減効果を、レーザ―ドッフラー流速計による管内流速分布の測定結果からの確認をも行うものである。最終的には実用面から、低温熱エネルギー輸送媒体として利用可能な界面活性剤として、塩化ドデシルトリメチルアンモニウム（C12H25N(CH3)3Cl）添加水溶液の管内流動抵抗及び熱伝達特性を測定し、これらに影響を及ぼす諸因子の効果を検討し、それらの有用な無次元実験整理式の提案をも行い、この種の界面活性剤添加水溶液特性の基礎資料を提供するものである

Fundamental Study of Cold Heat-Storage and Heat-Release Systems of Fine Capsulated Latent Heat-Storage Material-Water Mixture : 2nd Report, Flow and Cold Heat-Storage Characteristics of Fine Capsulated Latent Heat-Storage Material-Water Mixture in a Coiled Double-Tube Heat Exchanger

The physical properties of the test fine capsulated latent heat-storage material-water mixture were described in the first report. This paper deals with flow and cold heat-storage characteristics of the fine capsulated latent heat-storage material-water mixture as a latent heat-storage material having a low melting point of the core material (pentadecane, C_H_, freezing point 283.1 K). A coiled double-tube heat exchanger was used for the cold heat-storage experiment. The pressure drop, the heat-transfer coefficient and the finishing time of cold heat-storage in the coiled tube were measured as experimental parameters. It was clarified that the flow behavior of the fine capsulated latent heat-storage material-water mixture as a non-Newtonian fluid played an important role in cold heat-storage. The nondimensional correlation equations for the additional pressure loss coefficient, the heat-transfer coefficient and the finishing time of the cold heat-storage were derived in terms of Dean number and heat capacity ratio.微細な低温潜熱物質を水中に混合した材料を用いる蓄冷熱輸送システムは、熱交換器内で微細な潜熱物質の運動のもたらす熱伝達促進効果による熱交換効率の向上、および水の顕熱に潜熱を上乗せすることによる輸送熱量の増大により、管径寸法の縮小が期待できる。このような低温潜熱物質の混合水を用いた蓄熱システムは、従来の冷熱輸送媒体として用いられてきた水（顕熱）に代わる有効な潜熱蓄冷熱システムの一つと考えられる。低温潜熱エネルギの蓄冷熱および搬送システムに関する研究としては、潜熱材料としてクラスレート、氷および雪スラリーなどを用いたものがある。これらの潜熱材料を用いた場合、水との密度差により低流速域において均一混合流が得にくいことや、粒子同士の結合により粒子魂を形成するなどの問題を有する。水中に分散質としての潜熱蓄冷熱材料を微細化混合するOil/Water型エマルションは、搬送管内における粒子魂形成を防止し、管内においても安定した均質混合流が得られる。しかし、Oil/Water型エマルションは、潜熱体の微細化混合に界面活性剤が用いられるために、その粘性が大きく管内の圧力損失が大きくなる欠点を有する。潜熱蓄冷熱材料を微細なカプセル化して水と混合する方法は、粒子魂の形成を防止することが可能であり、連続相を水のみとすることにより、管内搬送圧力損失を比較的小さくすることが可能である。このため、本研究においては、管内において均質な混合と良好な流動状態が得られるような十分微細なカプセル化潜熱物質の混合水を用いた潜熱蓄冷熱実験を行った。この種の微細なカプセル化潜熱物質の混合水は、連続相としての水中に微細カプセルが分散している複雑な系を有し、さらに、非ニュートン挙動を示すなどの取り扱いの難しさ、そして安定性の問題などが原因となり、その蓄冷熱特性および流動特性に関する研究はほとんど行われていない現状にある。すでに、著者らは、第1報において低温潜熱冷物質（ペンタデカン、C15H32、融点Tf=293.1K、潜熱L=158kj/kg）を芯物質とした微細カプセル潜熱物質の混合水の熱物性評価、そして、輸送特性において重要となる粘性評価を行っており、この種の微細なカプセル潜熱物質の混合水に関する物性の特色を把握している。本研究は、微細カプセル潜熱物質の混合水に関する伝熱および流動特性を基礎的に検討する目的より、比較的構造の簡単な一種類のコイル状2重管式熱交換器を対象とし、微細なカプセル潜熱物質の混合水の初期温度、微細カプセルの質量割合、微細カプセル混合水の管内平均流速などを因子とした実験を行った。すなわち、微細カプセル混合水のコイル状管内の流動抵抗、熱伝達率、そして液相から固相への相変化時間に関する測定とこれらの無次元整理式の提案を行うものである