高温多孔質層における高熱流束除去に関する研究

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本年度は,高温に加熱された均一粒子層および異なる粒子が積み重なる成層粒子層の二次元高熱流束除去問題を取り扱い,冷却液の注入による蒸発を用いた高温粒子層の高熱流束除去の可能性を理論的・実験的に追求し,以下の成果を得た。(1)二次元の高熱流束除去の除熱過程を明らかにするため,高温に加熱された矩形のガラス粒子層の表面の一部分に水分を供給する実験を行い,二次元均一粒子層における高温粒子層の冷却過程を供給水分温度,初期粒子層温度,供給水分フラックスおよび粒子径と関連づけて実験的に明らかにした。(2)昨年度行った一次元解析を二次元場へ拡張するとともに,多孔質体内における相変化(水分の蒸発)を伴う熱と流れの同時移動現象を解析するための解析手法を考案し,実験結果との比較により理論の妥当性を明らかにした。これにより,水分の蒸発により生じる蒸気の流動が高温多孔質層の除熱過程に大きく影響を及ぼすことを明らかにした。特に,冷却液の阻止効果の低減および熱流束除去の高効率化を蒸気の流動と関連づけて明らかにした。(3)二次元の高温成層粒子層についても上述の実験および解析モデルの構築を行い,粒子構造の変化と高熱流束除去の関係およびこれらの特性を考慮した最適な成層粒子構造を明らかにし,さらに,実験結果との比較により解析モデルの妥当性を明らかにした。