沸騰域における磁性流体の熱伝達に及ぼす磁界効果

磁性流体が磁界中で加熱されると,自然対流を凌駕する熱磁気対流が生じるとともに,磁気体積力によって沸騰気泡の移動を促進できることが期待される。これらの現象を沸騰域の伝熱系に応用することにより新しい伝熱制御技術の展開が予想される。本研究は,蒸発に伴う磁性流体の均一性を調査するとともに,磁性流体を封入したヒ-トパイプの作動特性を検討することによって磁気対流と気泡排除の効果および沸騰位置の制御などが熱伝達特性に及ぼす効果を明らかにすることを目的としている。本年度は研究の基礎となる下記の項目について検討を進めた。(1)蒸発条件下での磁性流体の濃度偏析:加熱容器の蒸発面および液体プ-ル内部から磁性流体をマイクロピペットで採取して,フェライト濃度の経時変化を測定した。その結果、還流した純溶媒の流入部では濃度拡散による均一化に時間を要するが,蒸発に伴う濃度偏析は拡散・対流で抑えられていることが分かった。このことから,沸騰温度域では気泡がこれを攪拌・均質化しているものと推定される。(2)ヒ-トパイプによる熱実験:熱磁気対流の駆動力は磁化の温度依存性が,また気泡排除の駆動力は磁化の大きさが支配要因である。磁性コロイドとして磁化温度依存性の大きいMnーZnフェライトおよび温度依存性の小さいマグネタイトを使用し,磁界を印加したもとで熱輸送特性を測定し,次の結果を得た。(1)磁界印加により最大熱輸送量は無印加の場合の3.5倍まで増大する。(2)同一磁界条件下ではマグネタイトを用いた方が最大熱輸送量が大きく,気泡排除効果が伝熱促進の主要因と考えられる。(3)同種の磁性流体では粘性が熱伝達効果に大きな効果を及ぼす。(4)印加磁界の形と大きさによって熱輸送を加速あるいは減速制御きる。(5)磁性流体によって純溶媒を上まわる伝熱特性の向上と制御の実現が期待できる。

磁性流体が磁界中で加熱されると,自然対流を凌駕する熱磁気対流が生じるとともに,磁気体積力によって沸騰気泡の移動を促進できることが期待される。これらの現象を沸騰域の伝熱系に応用することにより新しい伝熱制御技術の展開が予想される。本研究は,蒸発に伴う磁性流体の均一性を調査するとともに,磁性流体を封入したヒ-トパイプの作動特性を検討することによって磁気対流と気泡排除の効果および沸騰位置の制御などが熱伝達特性に及ぼす効果を明らかにすることを目的としている。本年度は研究の基礎となる下記の項目について検討を進めた。(1)蒸発条件下での磁性流体の濃度偏析:加熱容器の蒸発面および液体プ-ル内部から磁性流体をマイクロピペットで採取して,フェライト濃度の経時変化を測定した。その結果、還流した純溶媒の流入部では濃度拡散による均一化に時間を要するが,蒸発に伴う濃度偏析は拡散・対流で抑えられていることが分かった。このことから,沸騰温度域では気泡がこれを攪拌・均質化しているものと推定される。(2)ヒ-トパイプによる熱実験:熱磁気対流の駆動力は磁化の温度依存性が,また気泡排除の駆動力は磁化の大きさが支配要因である。磁性コロイドとして磁化温度依存性の大きいMnーZnフェライトおよび温度依存性の小さいマグネタイトを使用し,磁界を印加したもとで熱輸送特性を測定し,次の結果を得た。(1)磁界印加により最大熱輸送量は無印加の場合の3.5倍まで増大する。(2)同一磁界条件下ではマグネタイトを用いた方が最大熱輸送量が大きく,気泡排除効果が伝熱促進の主要因と考えられる。(3)同種の磁性流体では粘性が熱伝達効果に大きな効果を及ぼす。(4)印加磁界の形と大きさによって熱輸送を加速あるいは減速制御きる。(5)磁性流体によって純溶媒を上まわる伝熱特性の向上と制御の実現が期待できる。