極微小伝熱面における超高熱流束下の沸騰現象に関する研究

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02452126
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 飯田 嘉宏 横浜国立大学, 工学部, 教授 (90005299)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高島 武雄 横浜国立大学, 工学部, 助手 (40197091) ; 奥山 邦人 横浜国立大学, 工学部, 講師 (60204153)
• Keywords: 沸騰 / ゆらぎ核生成 / 超高速加熱 / 非定常沸騰 / 発泡現象 / 均質核生成温度 / 伝熱工学

Research Abstract

白金およびクロ-ムを石英板上にスパッタリングすることによって、巾0.1mm,長さ0.25mm,厚さ0.25×10^<-3>mmの極微小伝熱面を作成し、本試験片が安定に使用できる前処理法の確立を計ると共に諸特性を調べた。同時に、パルスジェネレ-タ-、高速電力増巾器を主体とし、デジタル・ストレ-ジ・オシロスコ-プ、電流プロ-ブ、同増巾器、同電源、差動増巾器等の計測部、顕微鏡、パルスゼネレ-タ、同コントロ-ラ、ストロボ装置等の観察部より成る実験装置について、高速加熱時の計測特性について検討して最適なシステムを設定し、調整した。また、一連の非線形熱伝導シミュレ-ションを行い、温度計測について検討した。
常圧下の水について一連の実験を行った。加熱速度は0.7×10^8K/Sに達して、従来の他最高値の約1桁上、熱流束は10^8W/m^2以上で定常限界熱流束の2桁上を実現した。パルス状の加熱時間5μs以内で伝熱面上に発泡現象を認め、発泡点の密度は加熱速度または熱流束の増加と共に飛躍的に増大することを認めた。発泡点密度は最高10^<10>k/m^2に達し、従来定常沸騰下で計測された密度の4桁上であった。このような、伝熱面上にほぼ等しい大きさの微小気泡が一挙に多数発生する現象を、特に「キャビア状発泡」と名付けた。また、同発泡現象の生じ始める温度は、均質核生成温度の理論値に近付くことを確かめ、以上の急速加熱下での同発泡現象が「ゆらぎ核生成」による沸騰現象であると推論した。これらより、発泡開始時の挙動が重要と理解されたので、エタノ-ル、トルエン等の有機液体についても今年度中に同様の実験を行った。これら一連の結果は、ゆらぎ核生成理論に基づく計算結果と比較され、考察された。

Research Products

• [Publications] 飯田 嘉宏: "ゆらぎ核生成による平面伝熱面上の発泡挙動" 日本機械学会No.900ー71熱工学部門講演会,B143(1990年11月).
• [Publications] 飯田 嘉宏: "超高パルス加熱時の沸騰現象に関する研究(有機液体における発泡挙動)" 第28回日本伝熱シンポジウム講演論文集,(1991年5月).