超音波による急冷過程の増進と制御

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超音波発振機、恒温水槽、銀製試験片、試験片加熱装置、同駆動装置、温度測定系より成る実験装置およびペンレコ-ダ-等より成る計測・記録装置の実験システムを設計・製作した。次いで、水を用いて超音波非照射下でのクエンチ実験を行い、既存のデ-タと比較するなどによって実験装置の健全性を確かめ、また装置および計測システムの改良を行った。超音波照射下の実験は、振動子として40kHzのPZT型を用い、高周波入力としては300Wとした。水のサブク-ル度は20〜70℃の範囲で可変とした。別に超音波圧分布を測定し、また冷却時の様相を35mmカメラで撮影した。まず、超音波照射によって冷却過程が大幅に増進されることが明らかになった。すなわち、膜沸騰冷却時の冷却速度、クエンチ点以降の最大冷却速度が増進され、クエンチ温度が高温側に移行することが示された。また、それらの各効果に対するサブク-ル度の影響が定量的に示され、サブク-ル度が大きいときに効果が顕著なことが示された。さらに、冷却過程は4パタ-ンに分類されることが明らかにされた。また、フタル酸ジオクチルを用いて実験を行い、一定の効果があることを確かめた。以上により、超音波照射が急冷過程の増進にきわめて大きな効果を持つことおよびその量的関係が明らかにされたので、任意の冷却過程を制御・実現出来る範囲と方法について検討し、マイクロコンピュ-タを組み込んだシステムを設計した。また、超音波照射による効果の原因に関して、キャビテ-ション、膜沸騰蒸気膜界面振動と薄状化、膜沸騰の不安定化と崩壊等について考察したが、明確な機構の解明は今後の研究による。