超電導マグネットの冷却に関する流動と伝熱の包括的研究

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1.超臨界圧強制対流伝熱の基本特性過渡プール沸騰熱伝達等の実験において実用性の高い解析結果を得るために, 短時間で熱伝導率および比熱の測定ができる方形波パルス加熱による非定常測定法を検討し, その測定原理を検証するとともにベークライトおよびテフロンの熱物性値の測定を行った. 結果は, 両材料共に報告されている値と近い値を示した.2.プール沸騰の限界条件の基本的性質とその制御飽和液体ヘリウムの定常沸騰熱伝達に対する低熱伝導性材料被覆層の影響に関して, 本年度は, 特にUnconditional Stabilityなど定常安定性基準と深い関係にある極小熱流束の定量化などを図るため, 昨年度行ったテフロン被層での実験に加え, formvarおよびSUS304被覆層に関する沸騰実験を行い, 極小熱流束条件と被覆層材料熱物性および被覆層厚さとの相関を定量化し, 低熱伝導性材料被覆による安定化導体最大通電量に関する設計資料を得た.3.過渡プール沸騰の総合的特性(1)液体ヘリウム1における飽和臨界熱流束を系圧力24.4〜198.6kPa, 水平円柱直径0.3,0.5,1.2,2.0mmで求め, 超臨界圧近傍のその値をも良く記述する表示式を与え, 利用し得る他の液体のデータに対する有効性を検討した. (2)液体ヘルウム1における定常臨界熱流束を越えて, ある寿命をもって存在する準定常核沸騰現象が, 先に本研究者が水において発見したと同様存在することを確認すると共に準定常状態に至る波形の影響を定量的にに考察し, 準定常値の寿命を予知する方法を検討した.4.超臨界圧流体の流動安定性極低温流体の流動不安定現象の実験的・解析的研究を行った. 液体窒素の場合の研究はほぼ完了し, 超臨界圧ヘリウムの流動不安定現象の研究のための実験装置を設計・制作し予備実験を行った. また, 超臨界圧ヘリウムの変物性を考慮した, 特性曲線法による流動安定性解析コードの開発に着手し, 熱流束や入口圧力に外乱が加わった場合の系の過渡応答特性の計算を数ケース行った.