Dynamics of liquid-solid contact on a hot solid surface that determines quenching point

点击翻译按钮获取中文摘要

環境制御型スプレー冷却装置の構築を行い，金属試料を加熱する際の表面酸化皮膜成長を防いでの実験を可能とした．純鉄試料のスプレー冷却におけるアルゴン雰囲気圧力を0.1～0.5 MPaで変化させて冷却曲線を得た結果，すべての圧力にて膜沸騰領域および核沸騰領域が観測され，冷却速度の大きな違いは膜沸騰領域で顕著に見られた．圧力が高くなるにつれて冷却速度が高くなり，クエンチ温度も圧力が高くなるにつれて上昇したが，クエンチを経て核沸騰領域となると圧力による冷却速度の差は見られなかった．またスプレー冷却における体積流量密度を増加させると，クエンチ点に達するまでの時間は短縮されるが，クエンチ温度は大きく変化しなかった．クエンチ温度に関しては上向き平板のプール膜沸における整理式にて推算可能かを検討した．これまでに提案されているいくつかの整理式から推算されるクエンチ温度と実験結果を比較検討した結果，Caiらのモデルが良好にクエンチ温度を推算できることが分かった．実験および液滴衝突モデルに基づく解析により，試料の全放熱量に対する各伝熱形態が占める割合を検討した．雰囲気圧力が0.1 MPaから0.5 MPaに増加すると，伝熱量の合計は約2倍に向上している．さらに膜沸騰領域における単一の液滴による伝熱量を検討すると，実際には液滴と表面が蒸気膜で完全に分離された状態で無く，膜沸騰領域でも一時的に局所的な固液の接触が生じており，この接触が表面から水への伝熱にそれなりに寄与していると考えられる結果が得られた．