高温表面をもつ金属材料の気液2相流による冷却能制御と冷却設備設計規範の確立

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04555163
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 八田 夏夫 京都大学, 工学部, 教授 (30026041)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 反町 健一 川崎製鉄(株), 技術研究本部, 製鋼研究室長 ; 藤本 仁 京都大学, 工学部, 助手 (40229050) ; 宅田 裕彦 京都大学, 工学部, 講師 (20135528)
• Keywords: ミスト流 / スプレー流 / 二相流 / ライデンフロスト温度 / 冷却能評価 / 平板に衝突する液滴の変形 / 膜沸騰熱伝達 / 予知モデル

Research Abstract

本研究の遂行に当たって,微細な液滴相とガス相からなる固・気二相流の流れ場を正確に把握することが必要不可欠である.よって,固・気二相流のノズル内流れの流動特性,ノズルから噴出する二相自由噴流の流動特性および二相自由噴流が平板表面に衝突するときの液滴粒子の運動特性に関する解析を行い,ほぼそれらの全ぼうを解明できたと考えている.しかし、液滴粒子が平板に衝突したときの挙動把握が実に困難である.よって,本研究グループは室温の平板に衝突したときの液滴粒子の変形挙動の数値解析を行い、実測値との対応が良好であることを確認している.
次に,Leidenfrost温度以上の平板表面と衝突する液滴の挙動は3つのパターンに分類できることが実験的に解明された.基本的には,衝突後の挙動は液滴が分裂する場合としない場合の2つのパターンとなるが,分裂しない場合の衝突後の形態も考慮にいれると,3つのパターンに分類できる.そのパターンに属する条件はWe数のみに依存するだけではなく,平板の表面温度や表面物性にも依存し,それぞれのパターンに対する分裂や変形のメカニズムに対しても詳細な検討が加えられた.
最後に,実操業段階への対応と規範の確立を目的として,Leidenfrost温度以上の高温表面をスプレー流によって冷却したときの温度推移の余地を可能とする熱伝達機構の解明がなされた.これは,種々のスプレー流によって高温金属を冷却し,逆解析によって表面温度の時間履歴の予知モデルが構築され,その妥当性が検証されている.
上述のように,本研究の初期の目的はほぼ達成されたと考えているが,未解決な問題も残されており,今後とも本研究の継続が重要と考える.

Research Products

• [Publications] 八田夏夫: "Numerical analysis of gas-particle two-phase subsonic freejet" ASME J.Fluids Engg.114. 420-429 (1992)
• [Publications] 八田夏夫: "Numerical analysis of flow pattern of impinging liquid sprays in a cold model for cooling a hot flat plate" Applied Scientific Research. 50. 129-147 (1993)