混合液における気泡底部の液膜の流れと伝熱に関する研究

気泡底部に存在する液膜先端のメニスカスが核沸騰熱伝達過程に非常に重要な役割を果していることがよく知られている。本研究ではレーザマッハツェンダー干渉計を用いて、飽和液に侵された傾斜ステンレス板上に形成されるメニスカス液膜からの蒸発熱伝達の測定を行い、液膜内の流れと伝熱について数値計算し,マランゴニ対流の影響を調べ、次の結果を得た。1. 実験液体には、水、エタノール、エチレングリコールの純液、及びこれらの混合液エタノール/水、エチレングリコール/水を使用した。ステンレス板の表面温度が液膜の飽和温度より約1℃の過熱度になるように調整し、伝熱面の底部に一様熱流束の加熱状態を保ったまま蒸発実験を行った。そして、液膜内温度分布と伝熱面の熱流束分布をマッハツェンダー干渉計により定量的に測定する方法を確立した。2. 液膜についての数値計算をミクロ域とマクロ域に分けて行った。数値計算結果は実験結果と良好な一致を示した。ミクロ域ではマランゴニ対流の影響は無視することができ、マクロ域ではマランゴニ対流を含め自由対流が液膜の形状と伝熱を左右することが分かった。3. 伝熱面の表面から深さ1mmに位置する8点における温度測定結果から熱伝導逆問題として伝熱面の表面温度と熱流束を推測した。推測した境界条件を用いた液膜内の伝熱の数値計算結果は、ほぼ実験結果と一致した。4. 液体の屈折率は温度の変化により大きく変わるため、干渉縞における気液界面は若干変形し、精密な液膜形状変化を把握することは困難であった。混合液のメニスカス形状変化について、伝熱面の垂直方向からレーザを投射して、水平方向からカメラで撮影するなど、液膜の厚さの変化を測定する方法を今後確立することが必要である。

気泡底部に存在する液膜先端のメニスカスが核沸騰熱伝達過程に非常に重要な役割を果していることがよく知られている。本研究ではレーザマッハツェンダー干渉計を用いて、飽和液に侵された傾斜ステンレス板上に形成されるメニスカス液膜からの蒸発熱伝達の測定を行い、液膜内の流れと伝熱について数値計算し,マランゴニ対流の影響を調べ、次の結果を得た。1. 実験液体には、水、エタノール、エチレングリコールの純液、及びこれらの混合液エタノール/水、エチレングリコール/水を使用した。ステンレス板の表面温度が液膜の飽和温度より約1℃の過熱度になるように調整し、伝熱面の底部に一様熱流束の加熱状態を保ったまま蒸発実験を行った。そして、液膜内温度分布と伝熱面の熱流束分布をマッハツェンダー干渉計により定量的に測定する方法を確立した。2. 液膜についての数値計算をミクロ域とマクロ域に分けて行った。数値計算結果は実験結果と良好な一致を示した。ミクロ域ではマランゴニ対流の影響は無視することができ、マクロ域ではマランゴニ対流を含め自由対流が液膜の形状と伝熱を左右することが分かった。3. 伝熱面の表面から深さ1mmに位置する8点における温度測定結果から熱伝導逆問題として伝熱面の表面温度と熱流束を推測した。推測した境界条件を用いた液膜内の伝熱の数値計算結果は、ほぼ実験結果と一致した。4. 液体の屈折率は温度の変化により大きく変わるため、干渉縞における気液界面は若干変形し、精密な液膜形状変化を把握することは困難であった。混合液のメニスカス形状変化について、伝熱面の垂直方向からレーザを投射して、水平方向からカメラで撮影するなど、液膜の厚さの変化を測定する方法を今後確立することが必要である。