液体ヘリウムの熱伝達特性の表面処理及び伝熱面角度依存性

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大面積伝熱面からの熱伝達特性の伝熱面角度依存性及び表面処理率依存性について評価を行った。本研究は浸漬冷却型大型超伝導磁石の冷却安定性解析に適用可能な熱伝達の測定を目的としている。サンプルは18mm×76mmの伝熱面を持ち、表面処理として黒化処理を施した。その黒化処理率は0、50、75、90、100%と系統的に変化させた。同時に伝熱面角度依存性の評価を行ったが、角度を0°(伝熱面:水平上向き)〜90°(伝熱面:垂直)〜180(伝熱面:水平下向き)と変化させた。伝熱面角度依存性に関しては0°〜180°へと伝熱面角度の増加に伴い、限界熱流束は単調に減少した。最小熱流束は90°付近で最大となるが、角度の変化に伴う特性の大きな変化は見られなかった。この結果をこれまでに伝熱面角度依存性について考察されてきた結果と比較すると、限界熱流束の絶対値としては他の研究による結果と比較し減少が見られた。これは大面積にしたことによる影響が現れたものと考えられる。相対的には特性の伝熱面角度依存性の傾向は一致しており、測定手法に誤りはなかったと考えられる。次に表面処理率依存性については、表面処理率を0%から100%と増加させることにより限界、最小熱流束の向上が見られた。実験結果では限界、最小熱流束の表面処理率依存性に特異な傾向が見られ、限界熱流束はほぼ50%までは一定でありそれ以上で限界熱流束の増加がはじまる。最小熱流束はほぼ50%までに増加が終了し、それ以上では一定値となるという結果が得られた。この不連続性は黒化処理と銅裸面の核沸騰状態の熱伝達率が異なることに起因するものである。考察の結果、熱伝達特性の表面処理率依存性はそれぞれの表面処理の熱伝達の表面処理率に対する複合則により決定するということが実験結果及び解析により明らかとなった。