浸漬冷却型大型超伝導導体の現実に即した液体ヘリウムの熱伝達に関する研究

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浸漬冷却型大型超伝導導体の安定性解析のための熱伝達特性について評価を行った。本研究では一般的に行われていた平板による熱伝達測定ではなく矩形の断面を持つ試料の熱伝達、すなわち平板の伝熱面を同一試料上に4面持つ試料に対する熱伝達の測定を行った。その結果を用いて平板試料の測定結果との比較を行い、その形状の効果について明らかにした。試料は18×18mm^2(断面)72mm(長さ)の銅ブロック、加熱用のヒーターはその断面の中心に長さ方向に対し全長にわたり埋め込んだ。表面処理は表面の研磨のみを行い表面粗さを10μm以下にした。温度の計測は伝熱面より1mmの深さに取り付けた熱電対により行った。測定は伝熱面角度を0°(試料:水平)〜90°(試料:垂直)の間で15°の間隔で変化させ行った。実験結果と平板試料の特性との比較のために、次の式により平板試料に関する測定結果の換算を行った。この時、平板試料の表面処理は本測定用試料とほぼ同一である。{( A°)+( 90°)×2+( 180°-A°)}/4=[ A°] (1)( A°): 平板試料の伝熱面角度A°における熱伝達特性[ A°]: 本測定用試料の伝熱面角度A°に関し、平板試料の測定値を適用した計算を行った熱伝達特性の換算値(本試料が伝熱面角度A°の時、その試料中のそれぞれの平面は平板試料の伝熱面角度A°、90°、180°-A°を持つ。)(1)式による換算結果と本測定結果を比較すると、核沸騰熱伝達率、限界熱流束はほぼ一致したが膜沸騰熱伝達率、最小熱流束は測定結果の方が低くなるという結果となった。この膜沸騰熱伝達率、最小熱流束の測定値と換算結果の比は全ての伝熱面角度に対して約0.7であった。これは膜沸騰状態では試料である銅ブロックの全表面をヘリウムガス膜が覆い、表面への冷媒の供給経路が減少するためであると考えられる。