加圧超流動ヘリウム中のサブクール膜沸騰熱流動状態の解明

加压超流氦中过冷膜沸腾热力学状态的阐明

• 批准号: 05J07225
• 负责人: 野澤 正和
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tohoku University (2006)University of Tsukuba (2005)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J07225/
• 关键词: 超流動ヘリウム; サブクール膜沸騰; ノイジー膜沸騰; サイレント膜沸騰; 加圧型超流動クライオスタット; 可視化; 流体力学的安定性; 超変動ヘリウム

加速器や核融合炉に用いられる大型超伝導マグネットの冷却には超流動ヘリウム(He II)が加圧状態(サブクール状態)で冷媒として用いられている。このマグネットの状態が常伝導状態へ不安定的に変化するクエンチを起こした際には、大量のジュール熱が発生し、冷媒であるHe II中にサブクール膜沸騰が発生するおそれがある。He II中のサブクール膜沸騰に関しては、これまでに十分な研究がされてきたとは言い難く、より詳細な沸騰時の熱流動現象の深い理解が求められている。本研究では、He II中のサブクール膜沸騰の実相を明らかにする中でその特徴を解明することを目的とした。以下に研究実績をまとめる。・He IIに発生する各膜沸騰モードについて、流体力学的安定論を援用して膜沸騰状態の考察を行い、実験結果との比較を行った。特に、サブクール膜沸騰時に現れる、He II-He I-He蒸気の三相共存状態という特異な沸騰状態での流体力学的安定性について考察した。各膜沸騰モードの沸騰状態を比較し、最も沸騰状態の制御のし易い条件について考察し、より安定な冷却状態の探求を行った。これにより、サブクール状態で発生する、安定な強サブクール膜沸騰と不安定な弱サブクール膜沸騰の違いを区別することができた。・ヒータの幾何学的形状の変化におけるHe II中の膜沸騰モードへの影響について実験を行った。これまでは厚さ3mmのガラス基板に薄膜を真空蒸着したヒータを用いてきた。今回は、He II中の膜沸騰モードへのヒータ厚さの影響を解明するために、厚さが10mmの銅ブロックヒータを用いて実験を行った。ヒータ形状の違いによるHe II中の膜沸騰モード分布の変化を明らかにし、流体力学的安定論の観点からの考察を行うことができた。

Accelerator や に nuclear fusion furnace with い ら れ る large super 伝 guide マ グ ネ ッ ト の cooling に は super flow ヘ リ ウ ム (He) II が plus 圧 state (サ ブ ク ー ル state) で refrigerant と し て in い ら れ て い る. こ の マ グ ネ ッ ト の が often 伝 guide state へ unsteady に variations change す る ク エ ン チ を up こ し た interstate に は, massive の ジ ュ ー ル hot が 発 し, refrigerant で あ る He II に サ ブ ク ー ル film boiling が 発 raw す る お そ れ が あ る. He II の サ ブ ク ー ル film boiling に masato し て は, こ れ ま で に very な research が さ れ て き た と は, talking い difficult く よ り detailed な の when boiling heat flow phenomenon の deeper understanding が o い め ら れ て い る. In this study で は, He II の サ ブ ク ー ル film boiling の be phase を Ming ら か に す る in で そ の, 徴 を interpret す る こ と を purpose と し た. The following に research achievements をまとめる. Born, He II に 発 す る each film boiling モ ー ド に つ い て, theory of fluid mechanics stability を invoking し て film boiling state の investigation を い, be 験 results と の is line を っ た. に, サ ブ ク ー ル film boiling に now when れ る, He - He I - II He steamed 気 の three-phase coexistence と い う specific な boiling state で の fluid mechanics stability に つ い て investigation し た. The film boiling モ ー ド の boiling を し, most も boiling state の suppression の し easy い conditions に つ い て し, よ り settle な cooling state の quest line を っ た. こ れ に よ り, サ ブ ク ー ル state で 発 raw す る, strong stability and な サ ブ ク ー ル film boiling と unrest な weak サ ブ ク ー ル film boiling の violations い を difference す る こ と が で き た. · ヒ ー タ の geometry shape の variations change に お け る He II film boiling モ の ー ド へ の influence に つ い て be 験 を line っ た. こ れ ま で は さ 3 mm thick の ガ ラ ス substrate に film を vacuum steaming the し た ヒ ー タ を with い て き た. This film boiling モ back into は, He II の ー ド へ の ヒ ー タ thick さ の influence を interpret す る た め に, thick さ が 10 mm の copper ブ ロ ッ ク ヒ ー タ を with い て be 験 を line っ た. ヒ ー タ shape の violations い に よ る He II film boiling モ の ー ド distribution の variations change を Ming ら か に し, fluid mechanics, the stability theory of の 観 point か ら の line inspection を う こ と が で き た.

项目成果

Variation of Film Boiling Modes in He II from Strongly to Weakly Subcooled States

He II 中膜沸腾模式从强过冷态到弱过冷态的变化

• 发表时间: 2006
• 期刊: Advances in Cryogenic Engineering (To be published)
• 作者: 冨沢哲雄;大矢晃久;油田信一;K.Sakai;K.Sakai;H.Nishimura;H.Nishimura;Kyoichi Osada et al.;Atsushi Kasai et al.;Masakazu NOZAWA;Kyoichi Osada et al.;Suguru TAKADA;Masakazu NOZAWA
• 通讯作者: Masakazu NOZAWA

A Study of Effect of Heat Capacity of Heater on the Generation of Several Film Boiling Modes in He II

加热器热容对He II中几种膜沸腾模式产生影响的研究

• 发表时间: 2007
• 期刊: Proceedings of 21th International Cryogenic Engineering Conference (To be published)
• 作者: 冨沢哲雄;大矢晃久;油田信一;K.Sakai;K.Sakai;H.Nishimura;H.Nishimura;Kyoichi Osada et al.;Atsushi Kasai et al.;Masakazu NOZAWA;Kyoichi Osada et al.;Suguru TAKADA
• 通讯作者: Suguru TAKADA

Application of hydrodynamic stability theory to film boiling modes in He II

流体动力学稳定性理论在 He II 薄膜沸腾模式中的应用

• 发表时间: 2007
• 作者: M. Nozawa;et al.
• 通讯作者: et al.