金属から超流動ヘリウムへの熱伝達におけるカピッツァコンダクタンスの改善の研究

金属与超流氦传热中卡皮扎热导改进的研究

• 批准号: 13750185
• 负责人: 岩本 晃史
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: National Institute for Fusion Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750185/
• 关键词: 超流動ヘリウム; カピッツァコンダクタンス; 特性改善; 黒化処理; 界面熱抵抗; 極低温; 熱伝導率

金属から超流動ヘリウムへの、その界面において大きな温度差が生じる。この原因は界面のカピッツァコンダクタンスであるが、それは熱伝達表面の状態によって変化する。そこで表面状態を明らかに変化させた2種類の試料によりカピッツァコンダクタンスの測定を行い、特性の表面状態依存性並びに特性改善の可能性の評価を行った。試料は直径20mm、長さ76mmの円柱で、その片端を超流動ヘリウム中に水平上向きに曝し、もう一端にヒータを取り付け、熱伝達面以外の部分は熱絶縁のための真空容器内に納めた。熱伝達表面は荒さ5μm以下の銅磨き面、銅表面を化学的に処理した黒化処理(酸化銅、膜厚4μm)面の2種類である。測定は1.78±0.01Kに制御された飽和超流動ヘリウム中において行われた。また熱伝達表面温度の評価は銅円柱内の温度勾配より評価した。全ての温度計は誤差5mK以内に較正されている。カピッツァコンダクタンスの測定結果は、熱流束が5000W/m^2の場合を例に挙げると、銅面:1.03x10^<-4>m^2K/W;表面温度2.3K、黒化処理面:1.7x10^<-4>m^2K/W;表面温度4.9Kであった。ところで黒化処理面のカピッツァコンダクタンスは評価手法上、銅-黒化処理界面熱抵抗、黒化処理層の熱抵抗を含んだかたちで評価されている。ここで、その2つの熱抵抗を実験や文献により評価すると、その合計の熱抵抗は最大で1.4x10^<-4>m^2K/W at 4.9Kであると評価される。すなわち実際の黒化処理面のカピッツァコンダクタンスは0.3〜1.7x10^<-4>m^2K/Wの範囲にあると考えることができる。この結果は、黒化処理面のカピッツァコンダクタンスが銅磨き面よりも低い、すなわち改善されている可能性を示唆している。このように表面にコーティングを施すことによりカピッツァコンダクタンスを制御可能であるということが本研究により明らかとなった。

The metal flow rate is very high, and the temperature difference between the two interfaces is very high. The reason for this is that the surface of the surface is not stable. The surface state of the sample is changed to determine the behavior of the sample, the dependence of the surface state of the sample, and the possibility of improving the sample. The sample is contained in a vacuum vessel with a diameter of 20mm and a length of 76mm, and the sample is exposed horizontally to the air at one end and thermally insulated at the other end. The heat transfer surface is copper ground surface with a thickness of less than 5μm, and the copper surface is chemically treated and blackened (acidified copper, film thickness of 4μm). The determination was 1.78±0.01K. The evaluation of the temperature of the surface of the cylinder is carried out. All thermometers are calibrated to within 5mK of error. For example, when the heat beam is 5000W/m^2, the copper surface:1.03x10^m^2 <-4>K/W; the surface temperature is 2.3 K; the blackened surface:1.7x10^m^2 K/<-4>W; the surface temperature is 4.9 K. The thermal resistance of the copper-black treatment interface and the thermal resistance of the black treatment layer are evaluated. The maximum thermal resistance of the heat exchanger is 1.4x10^<-4>m^2K/W at 4.9K. The blackened surface is 0.3 ~ 1.7x10^<-4>m^2K/W. The results show the possibility of improving the quality of the treated surface. The surface of this paper is not clear.