1996 Fiscal Year Annual Research Report
遷臨界域流体の急速過渡伝熱特性を利用した伝熱制御に関する研究
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06452179
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
相原 利雄 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (90006172)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
印南 幸夫 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (50271987)
宇角 元亨 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (30006184)
小原 拓 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (40211833)
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| Keywords | 遷臨界域流体 / 伝熱制御 / 過渡伝熱 / 実験 / 分子動力学 / 二酸化炭素 |
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| Research Abstract |
流体の熱物性値が臨界点において著しい温度・圧力依存性を示すことを利用して、超臨界圧流体の能動的伝熱制御の手法を開発することを目的に、本年度は、以下のように、能動的伝熱制御を行う上で必要となる、臨界点極近傍の亜臨界域から超臨界域への遷移過程(遷臨界域)における熱流動のメカニズムを解明するための研究を実施した。
作動流体にCO_2を用いて、亜臨界圧から臨界圧、さらに超臨界圧に至る広い圧力範囲で熱伝達の実験を行い、熱伝達特性および流動様相が、亜臨界圧の沸騰現象から超臨界圧の自由対流現象へ連続的に遷移する様子を詳細に明らかにした。さらに、臨界点極近傍の超臨界状態における疑似沸騰遷移の際に観測される臨界熱流束が疑似界面張力に支配されているものとして、従来の限界熱流束の推算式を適用することにより、この疑似界面張力を逆算した。
ここで推算した超臨界圧における界面張力(疑似界面張力)について、その分子レベルの発生メカニズムを解明するため、分子動力学シミュレーションによる解析を行った。その結果、流体に温度勾配を与えた場合には、超臨界圧力においても、亜臨界圧における気液界面と同様に、密度が急激に変化する疑似界面領域が存在することが明らかとなった。また、統計力学的な手法を導入した検討により、このときの疑似界面張力は、超臨界圧にもかかわらず一定の正値をとることが明らかとなった。これらの結果は、先に行った実験の結果と一致する。
以上により、超臨界圧流体における沸騰類似現象に関して、疑似界面張力という新たな視点から、統一的な解釈を提出する事ができた。
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[Publications] Jun TAMBA: "Transition from Boiling to Free Convection in Supercritical Fluid" Experimental Thermal and Fluid Science. (in print). (1997)
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[Publications] Jun TAMBA: "MD Study on Interfacelike Phenomena in Supercritical Fluid" Microscale Thermophysical Engineering. Vol. 1. 19-30 (1997)
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[Publications] 丹波 純: "臨界点近傍の気液界面の分子動力学シミュレーション" 第33回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 697-698 (1996)
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[Publications] 高橋 俊雄: "二酸化炭素の遷臨界域における細線の熱伝達特性" 第33回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 843-844 (1996)
