超臨界圧ヘリウムへの過渡伝熱と超伝導安定性

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03650185
• Research Institution: KYUSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 伊藤 猛宏 九州大学, 工学部, 教授 (20037740)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 久保田 裕巳 九州大学, 工学部, 助手 (10117103) ; 笠尾 大作 九州大学, 工学部, 助手 (20037972) ; 高田 保之 九州大学, 工学部, 助教授 (70171444)
• Keywords: 超伝導 / 超臨界圧ヘリウム / 冷却安定性 / 強制対流 / 数値シミュレーション / 超伝導マグネット / 低温

Research Abstract

超臨界圧ヘリウムにより強制冷却される十分に長い中空の超伝導導体内の一部に熱擾乱を加えた場合の導体および冷媒の過渡的挙動について数値解析を行った。解析ではヘリウムについて二次元流動および伝熱、導体について一次元熱伝導を考慮し、超伝導導体の温度分布、超臨界圧ヘリウムの圧力、温度および速度分布、および導体カらヘリウムへの熱流束分布の時間分布を求めた。一方、超伝導導体の安定性に関し、冷媒条件(初期温度、圧力および質量流量)、加熱条件(熱擾乱の付加時間、強さ、熱擾乱付加部の導体長さおよび動作電流)および幾何条件(導体の長さおよび内径)を変え、各因子の影響を検討した。ヘリウムの物性値は当方で開発したプログラム(PROPATH)により求め、導体については電流分流モデルを用いた。
解析の結果以下のことが明らかになった。
1.加熱初期の過渡伝熱の影響が大きく、導体の安定性は加熱後数10[ms]以内でほとんど決まる。
2.動作電流が小さい場合は、ヘリウムの流速を速くすると安定性に大きい効果がある。
3.動作電流が大きい場合は、冷媒の質量流量の影響は小さくなり、対流による冷却効果は過渡冷却効果に比べ小さい。
4.動作電流が大きいほど安定限界におよぼす初期流体温度の影響が大きい。
5.加熱時間が長いほど導体の総加熱量としての安定限界は高く、加熱時間が3[ms]より長い場合は安定限界はほぼ直線的に増加する。
6.管内径が大きくなるにつれ質量流量が安定限界におよぼす効果は小さくなる。

Research Products

• [Publications] T.Ito: "Stability Analysis of Forced-Flow Cooled Superconductor" 2nd US-Japan Joint Seminar on Basic Mechanisms of Helium Heat Transfer and Related Influence on Stability of Super-conducting Magnets. 1B-1 (1991)
• [Publications] T.Ito: "Stability analysis of a forced-flow superconductor" Cryogenics. 32. 436-444 (1992)