沸騰流動・熱伝達の直接同時収集によるマイクロスケール流動系沸騰メカニズムの解明

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本研究では,単一微細管における沸騰流動の直接観測と熱伝達データの直接計測を同時に可能とする透明伝熱微細管を新たに開発して,マイクロチューブ内流動沸騰熱伝達機構の詳細な解明を目的とした研究を開始した。まず,我々は対象物の形状を制限しないコーティング方法として無電解めっき法を応用し,パイレックスガラス管内壁面への金薄膜のコーティングを実施することで,内径0.4mmから15mmまでの様々な内径を有する透明伝熱管の開発に成功した。本手法では,内径0.4mmの微細管においても長さ120mmの透明伝熱管が制作でき,L/Dが300を超えるような長尺微細伝熱管も制作可能である。次に,この透明微細伝熱管を用いた強制対流沸騰実験を実施した。実験は,作動流体に純水(サブクール度10-20K),質量流量50-200kg/m^2s,熱流束0-400W/m^2,管内径1mmの条件にて行った。まず,i)透明伝熱微細管により加熱,観察,熱伝達データの測定が同時に可能となることが確認された。一方,得られた熱特性データと映像から以下の結果を得た。ii)本実験範囲では,低熱流束時のbubble flowを除いて水平流と垂直流で熱特性や流動様式はほとんど変わらない。iii)気泡挙動と内壁温度の振動は完全に一致しており,高熱流束時では4Hz以上の早い温度振動が計測された。iv)高熱流束時には,時間平均値の1.3倍程度の急激な熱伝達上昇が見られた。v)気泡の振動に伴う流量変動は中熱流束域にて最大となる。以上の結果を現在,後述の論文・学会発表以外に論文誌3報に投稿中(内一報accept済)である。