直円管内を流動する界面活性剤添加有機プラインの流動抵抗と熱伝達挙動

The flow drag and heat transfer reduction effects of brine flow with drag reduction surfactants have been investigated from the viewpoint of the effective energy consumption in an industrial cooling system. In this study, Oleyldihy-droxyetyl Amine Oxide (ODEAO) of non-ion surfactant was used as a drag reduction surfactant additive, and Ethylene Glycol (EG) was used as a organic brine. It was found that the viscosity of EG brine with ODEAO had the non-Newtonian behavior. The flow friction coefficient and mean forced convection heat transfer coefficient of the EG brine with ODEAO in a straight pipe were measured for each parameter of concentration of EG, concentration of ODEAO and temperature of the brine with ODEAO. The obtained experimental results indicated that the EG brine with ODEAO exerted an influence on the flow drag and heat transfer reduction.

近年、ビルの空調システムや大規模工場および地域熱供給システム等の熱エネルギー輸送系において、水系の熱輸送媒体に流動抵抗減剤（界面活性剤、鎖状高分子等）の添加による流動抵抗減効果（乱流の層流化:いわゆるトムズ効果）を利用した省エネルギー技術が注目されている。一般に、流動抵抗低減効果を熱エネルギー輸送系に適用した場合、熱輸送媒体の輸送ポンプ動力の低減効果そして壁面熱伝導の低下による配管からの熱損失低減効果により、熱エネルギー輸送の効率化を図ることができる。例えば、川口らはこのような流動抵抗低減効果を用いることによって、熱交換器を用いた熱エネルギー輸送システム全体のエクセルギ効率が約70%改善されると試算している。一方で、壁面熱伝達の低減効果は、熱エネルギー利用のための熱交換器性能の低下をもたらす点が指摘されている。現在までに、流動抵抗低減効果を用いた水系熱輸送システムの実用化に向けて、様々な流動抵抗低減剤を用いた研究が盛んに行われている。特に非イオン系アミン系界面活性剤は、環境負荷が小さい水系輸送用流動抵抗低減剤として注目されている。本研究においては、低温熱輸送媒体としてのブラインの循環系搬送動力負荷が大きいことに着目し、その搬送動力低減に界面活性剤による流動抵抗低減効果を検討するものである。一般にブライン循環系には、有機系のエチレングリコールや無機系の塩化カルシウム等の水溶液が使用されている。しかしながら、現状では、ブライン輸送系に適した流動抵抗低減用界面活性剤の選定やその粘性評価に関する研究は現在徐々に行われ始めているが、未だ十分な結論は得られていないようである。本研究は、流動抵抗低減用界面活性剤の選定と、それを有機系ブライン（エチレングリコール水溶液）に添加した場合の流動抵抗と熱伝導特性の解明実験的に行うものである。実験では、界面活性剤添加濃度、ブライン濃度およびブライン温度を実験因子とした粘度の測定、そして水平円管内を流動する界面活性剤添加ブラインの流動抵抗および熱伝達に関する測定を行い、それらの諸特性を明らかにするものである。

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