微細流路内沸騰熱伝達の高時空間分解測定および動的伝熱メカニズム解明

R4年度に実施した主な内容を以下にまとめる．1) 矩形微細流路の実験装置製作：ヘッドタンク，純水装置，脱気装置，加熱用熱交換器，予熱器，測定部，冷却用熱交換器から成る実験装置を製作した．測定部はポリカーボネート製であり，辺長2 mm，長さ180 mmの矩形流路を形成した．矩形流路底面の一部を可視透明ヒータ（フッ化カルシウム窓材の上面に幅2 mmのITOを成膜したヒータ）を設置した．本実験装置により，水の質量流束100～200 kg/(m2・s)程度，ヒータの加熱熱流束～190 kW/m2の条件で流動沸騰（気泡流およびスラグ流）の生成が可能であることを確認した．2) 流動沸騰の熱伝達変動測定：上記装置の測定部において，流動沸騰の挙動を2台の高速度カメラを用いて上方および下方から撮影した．同時に，ヒータ（ITO膜）の温度変動を，下方から金ミラーを介して高速度赤外線カメラ（2000 Hz，0.2 mm/pix）で測定した．その結果，気泡生成，薄液膜蒸発，ドライアウト，リウェッティングによる高速な熱流束変動の測定が可能であることを確認した．これにより，各流動パターンに対応した瞬時の熱流束分布とその時間変動を定量的に把握することが可能になった．また，気体スラグの成長に伴う薄液膜の形成により熱流束が大きく上昇することを確認した．3) 沸騰による壁温変動の予測に関する基礎的検討：液滴内の沸騰気泡生成に伴う熱伝達変動を簡易にモデル化し，このモデルを境界条件とした熱伝導シミュレーションを行った．壁面の材質を変化させたシミュレーションを行った上で既報の解析解と比較・検討した結果，壁温変動振幅は基本的には壁面の熱浸透率に反比例することが示された．

R4年度に実施した主な内容を以下にまとめる．1) 矩形微細流路の実験装置製作：ヘッドタンク，純水装置，脱気装置，加熱用熱交換器，予熱器，測定部，冷却用熱交換器から成る実験装置を製作した．測定部はポリカーボネート製であり，辺長2 mm，長さ180 mmの矩形流路を形成した．矩形流路底面の一部を可視透明ヒータ（フッ化カルシウム窓材の上面に幅2 mmのITOを成膜したヒータ）を設置した．本実験装置により，水の質量流束100～200 kg/(m2・s)程度，ヒータの加熱熱流束～190 kW/m2の条件で流動沸騰（気泡流およびスラグ流）の生成が可能であることを確認した．2) 流動沸騰の熱伝達変動測定：上記装置の測定部において，流動沸騰の挙動を2台の高速度カメラを用いて上方および下方から撮影した．同時に，ヒータ（ITO膜）の温度変動を，下方から金ミラーを介して高速度赤外線カメラ（2000 Hz，0.2 mm/pix）で測定した．その結果，気泡生成，薄液膜蒸発，ドライアウト，リウェッティングによる高速な熱流束変動の測定が可能であることを確認した．これにより，各流動パターンに対応した瞬時の熱流束分布とその時間変動を定量的に把握することが可能になった．また，気体スラグの成長に伴う薄液膜の形成により熱流束が大きく上昇することを確認した．3) 沸騰による壁温変動の予測に関する基礎的検討：液滴内の沸騰気泡生成に伴う熱伝達変動を簡易にモデル化し，このモデルを境界条件とした熱伝導シミュレーションを行った．壁面の材質を変化させたシミュレーションを行った上で既報の解析解と比較・検討した結果，壁温変動振幅は基本的には壁面の熱浸透率に反比例することが示された．