高温物体の急速冷却時における熱伝達向上に関する研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06650271
• Research Institution: KURUME NATIONAL COLLEGE OF TECHNOLOGY
• Principal Investigator: 松本 健一 久留米工業高等専門学校, 制御情報工学科, 教授 (20037857)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平碆 国男 久留米工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (40037958)
• Keywords: 伝熱促進 / 沸騰熱伝達 / 冷却曲線 / 焼き入れ / 蒸気爆発

Research Abstract

高温物体を冷却液に浸漬して、沸騰熱伝達により冷却しようとする際に、沸騰により発生した蒸気膜が物体と冷却液の間に滞留し、熱伝達の抵抗になる。本研究ではこの蒸気膜を破壊することにより熱伝達を促進し、冷却速度を増加させる手法を見い出すことである。
(1)高温伝熱面の表面の物理的性状と熱伝達の関係について
蒸気膜の安定性は流体力学的な振動の不安定性理論によると単純ではない。蒸気と液体の界面の振動により固体表面と液面の接触を促進するために、表面の粗さの影響を調べた。結果は粗さが大きい場合は固体と液体が接触しやすく、熱伝達が大きくなることが判明した。さらに固体表面に金網等、蒸気膜を破壊する障害物を挿入すると、その効果が大きいことが判明した。
(2)冷却液の化学的性質と蒸気膜の安定性の関係について
蒸気膜の振動には液体の表面張力の影響が考えられので表面活性剤の添加の影響を調べた。ところが表面活性剤を添加した場合、予想に反して逆に蒸気膜が壊れにくくなり、熱伝達がより悪くなるという効果であった。今後適当な添加剤を見い出すことが課題となった。
さらに、液体が高温固体面に接触したとき、表面に析出物を生ずるような添加剤(塩類)を付加した場合の影響を調べた。この場合は蒸気膜の破壊に効果があることが判明した。
(3)冷却液体に超音波を印可した効果について
伝熱促進の目的で、48kHzの超音波を冷却液に印可した効果を調べた。この1種類のみの周波数については、伝熱面の温度しだいで、伝熱が促進される場合と逆に抑制される場合とあったので、今後印可する超音波の周波数の影響を調べる必要があることが判明した。