超伝導機器を並列冷却流路で冷却する場合の流量不安定性に関する基礎的研究

平行冷却通道冷却超导设备流动不稳定性基础研究

• 批准号: 09750245
• 负责人: 今川 信作
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: National Institute for Fusion Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750245/
• 关键词: 並列流路; 超伝導機器; 流量不安定性; 温度不安定性; ヘリウム; 窒素

大型の低温機器の冷却時間を短縮するためには流路の圧損の制約から並列冷却流路を選択せざるを得ないが,温度あるいは相変化に伴う圧損の変化によって先に温度の低下した流路の方が流れ易くなり温度差が拡大する不安定性が存在する。本研究の目的は,並列流路における流量・温度不安定性の現象を評価するプログラムを作成して実験で実証することである。今年度は,流量と温度変化を過渡的に評価するプログラムを作成して相変化も扱えるようにした。冷却重量あるいは常温での圧損が10%異なる2並列流路を一定質量流量の液体窒素で冷却する場合の温度変化を計算した結果は次の通りである。(1)2並列回路間に熱交換が無い場合には冷却が進行するにつれて流量比が約20%にまで拡大して温度差も拡大する。(2)2並列流路間が熱交換する場合には冷却途中の流量比と温度差がほぼ一定値に収束し,熱交換が良いほど小さな偏差に早く収束する。(3)片方が液体窒素温度に到達すると一気に流量比が10倍以上に拡大して,侵入熱が所定値以上の場合には冷え遅れた方の温度は上昇に転じる。解析と並行して,並列回路間の熱接触の影響を評価できるような試験体を製作した。まずコイル状に巻いた内径3.6mm,長さ約30mの鋼管を厚さ10mmと6mmの銅板で挟んで隙間を樹脂で埋めて一体化した試験体を2つ製作した。次にガラス繊維強化プラスチックスを挿入して2つの試験体を積層して,周囲を厚さ50mm以上の断熱材で断熱してから,全体流量がほぼ一定になるように液体窒素を並列に供給して温度変化を調べた。解析から予測されたように,被冷却体の温度の低下に伴って2並列流路間の流量比と温度差が拡大し,ガラス繊維強化プラスチックスを厚くするほど偏差が大きくなる結果が得られた。

The cooling time of large cryogenic machines is shortened, the pressure loss of the flow path is restricted, the selection of parallel cooling flow paths is obtained, the temperature is changed, the pressure loss is changed, the temperature is reduced, the flow path is easy to flow, the temperature difference is large, and the instability exists. The purpose of this study is to evaluate the phenomenon of flow rate and temperature instability in parallel flow channels, and to establish and verify the phenomenon. This year, the flow rate and temperature transition are evaluated. Cooling weight: 10% pressure loss at normal temperature: 2 parallel flow paths: temperature change calculation at a certain mass flow rate: liquid cooling temperature: 2 parallel flow paths: 2 parallel flow paths: 2 parallel flow paths (1)2 Heat exchange between parallel circuits is not possible, so the flow rate ratio is about 20%, and the temperature difference is large. (2)2 In the case of heat exchange between parallel flow paths, the flow ratio and temperature difference during cooling are equal to a certain value, and the heat exchange is equal to a small deviation. (3)When the temperature of the liquid reaches a certain value, the flow rate ratio is greater than 10 times, and the temperature of the liquid reaches a certain value. Analysis and evaluation of thermal contact between parallel circuits The inner diameter of the steel tube is 3.6mm, the length is about 30m, and the thickness of the steel tube is 10mm and 6mm. The copper plate is embedded in the resin and integrated into the test body. In addition, the heat insulation material with a thickness of more than 50mm is used for heat insulation, and the total flow rate is constant. The liquid is supplied in parallel and the temperature is adjusted. The temperature drop of the cooled object is accompanied by a large difference in the flow rate ratio and temperature between the two parallel flow paths, resulting in a large deviation in the thickness of the cooled object.

项目成果

S.Imagawa: "Basic Evaluation of Instability of Flow Rate and Temperature in Parallel Cooling Flow" Annual Report of National Institute for Fusion Science. April 1998-March 1999. (1999)

S.Imakawa：“平行冷却流中流量和温度不稳定性的基本评估”国家融合科学研究所年度报告。

今川 信作: "並列冷却流路における平衡温度の計算" 第57回1997年度秋季低温工学・超電導学会講演概要集. 247 (1997)

Shinsaku Imakawa：“平行冷却通道中平衡温度的计算”1997 年秋季第 57 届低温工程和超导学会会议摘要 247（1997 年）摘要。

今川信作: "並列冷却流路における平衡温度の計算" 第57回1997年度秋季低温工学・超電導学会講演概要集. 247 (1997)

Shinsaku Imakawa：“平行冷却通道中平衡温度的计算”1997 年秋季第 57 届日本低温工程和超导学会会议摘要 247 (1997)。