空間的・時間的に非均一な高熱負荷の第一冷却壁のガス冷却に関する研究

核融合炉第一冷却壁の定常時と起動、異常時に見られる空間的、時間的非均一条件を考え、空間的非均一条件においては、管路壁熱伝導の影響、エンボスドパネルの伝熱特性および固気二相衝突噴流の伝熱について、時間的非均一条件においては、平板上および矩形流路内の伝熱に対する発熱量と流量の変化の影響について検討を加えて、以下の結果を得た。1.空間的非均一条件下の伝熱(1).非均一加熱される流路の伝熱特性に大きな影響を及ぼす流路壁周方向の熱伝導をフィン効率を用いて整理することを提案した。また、非加熱領域のフィン効率は厚さ一定の長方形フィンのそれで近似できることを示した。(2).エンボスドパネルの冷却特性を実験的に求めた。その結果、曲面壁側から加熱を受けるよう使用する方が性能の良いことを示した。また、表裏面接続部の熱抵抗が熱伝達率に影響することを明らかにした。(3).固気二相衝突噴流の冷却能力は単相の場合の数倍となることを実験的に求めた。さらにこの伝熱促進機構についても検討を加え、粒子の最適添加条件に関する知見を得た。2.時間的非均一条件下の伝熱(1).平板もしくは流路壁がステップ状に加熱されることに伴う熱伝達率の変化の静定時間は、従来予測されていたものよりも一桁ないし二桁大きいことを示した。(2).平板に沿う流れにおけるステップ加熱では、発熱の流れ方向の非均一性と時間的非定常性との影響は分離評価できることを示した。(3).流体の流量変化のある場合の伝熱特性は、概して準定常的であることがわかった。ただし、流量変化速度が極めて大きく、流速の遅い流れの場合には、熱伝達率の追従遅れが顕著となる。

核融合炉第一冷却壁の定常時と起動、異常時に見られる空間的、時間的非均一条件を考え、空間的非均一条件においては、管路壁熱伝導の影響、エンボスドパネルの伝熱特性および固気二相衝突噴流の伝熱について、時間的非均一条件においては、平板上および矩形流路内の伝熱に対する発熱量と流量の変化の影響について検討を加えて、以下の結果を得た。1.空間的非均一条件下の伝熱(1).非均一加熱される流路の伝熱特性に大きな影響を及ぼす流路壁周方向の熱伝導をフィン効率を用いて整理することを提案した。また、非加熱領域のフィン効率は厚さ一定の長方形フィンのそれで近似できることを示した。(2).エンボスドパネルの冷却特性を実験的に求めた。その結果、曲面壁側から加熱を受けるよう使用する方が性能の良いことを示した。また、表裏面接続部の熱抵抗が熱伝達率に影響することを明らかにした。(3).固気二相衝突噴流の冷却能力は単相の場合の数倍となることを実験的に求めた。さらにこの伝熱促進機構についても検討を加え、粒子の最適添加条件に関する知見を得た。2.時間的非均一条件下の伝熱(1).平板もしくは流路壁がステップ状に加熱されることに伴う熱伝達率の変化の静定時間は、従来予測されていたものよりも一桁ないし二桁大きいことを示した。(2).平板に沿う流れにおけるステップ加熱では、発熱の流れ方向の非均一性と時間的非定常性との影響は分離評価できることを示した。(3).流体の流量変化のある場合の伝熱特性は、概して準定常的であることがわかった。ただし、流量変化速度が極めて大きく、流速の遅い流れの場合には、熱伝達率の追従遅れが顕著となる。