プール沸騰冷却の安定性と伝熱制御

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1.[ステップ状加熱過渡沸騰の基本的伝熱特性] 熱損失を極力小さくするため、本年度は、基材両面に炭素薄膜を形成した、いわゆるサンドイッチ構造の試験片を制作し使用した。その主な結果は、(1)核沸騰が始る以前のカピッツァ抵抗と過渡熱伝導による温度上昇を解析的に求めて実験結果と比較検討した。(2)膜沸騰への遷移が始る時間tf〔s〕と熱流束q〔KW/【m^2】〕との関係をある簡単なモデルを使い解析した結果、実験結果との一致が確認された、等である。2.[過渡沸騰熱伝達に及ぼす加熱パターンの効果] 定常臨界熱流束に相当する発熱率より大きい過渡発熱率を、液中の発熱体に与えた場合、定常核沸騰曲線の延長上に準定常核沸騰状態が、ある寿命存在する現象は、水において筆者等(桜井、塩津)により初めて見出されると共に、準定常核沸騰熱流束と寿命の関係が明らかにされた。本研究は、先ず大気圧下における液体ヘリウム中の水平円柱発熱体にステップ状の発熱率を与えた場合、水におけると同様に準定常核沸騰状態が存在することを確認すると共に、準定常核沸騰熱流束と寿命の関係について実験的に検討した。又、液体窒素等の液体で膜沸騰蒸気膜崩壊(クエンチ現象)に伴う非定常熱伝達に関する研究を行った。3.[極小熱流束と極小熱流束遷移の制御] 液体ヘリウム4のプール沸騰熱伝達について、極小熱流束点条件の解明とその制御法の開発を中心として、伝熱面姿勢の影響(上向き面から下向き面まで)及び伝熱面表面に付加した熱抵抗層の影響を実験的に検討した。まず伝熱面姿勢の影響は、限界熱流束に最も強く現れ、核沸騰と膜沸騰熱伝達には下向き面以外には現れず、さらに極小熱流束点温度には全く現れないことが示された。次に、100μm程度の薄い表面熱抵抗層の付加により極小熱流束点温度が10K程度も上昇することが示され、クエンチに対する高安定超電導マグネットへの指針が示された。