高温過熱面上における濡れ挙動のメゾ・マクロ(化学熱力学)的検討

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650235
• Research Institution: Kogakuin University
• Principal Investigator: 大竹 浩靖 工学院大学, 工学部, 講師 (40255609)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮下 徹 工学院大学, 工学部, 講師 (00100371) ; 小泉 安郎 工学院大学, 工学部, 教授 (20215156)
• Keywords: 機械工学 / 熱工学 / 沸騰 / 遷移沸騰 / 固液接触 / 接触角 / 熱力学的過熱限界温度 / 遷移沸騰相関式

Research Abstract

本研究は、沸騰熱伝達に残されたブレークスルーの一つである濡れ挙動を、化学熱力学的側面で検討・解明することを目的として、主として高過熱面上の微視的な濡れ情報を実験的に収集、その検討を行った。
本年度はその研究の第二年度として、(A)現有の実験装置を用いて、膜沸騰下の高温過熱面上に液塊を当てた後の濡れの拡大・縮小様相を高速度撮影を通して実験的に観測し、様々な観点から濡れの情報を収集、その検討を行った。その実験と並行して、今年度は、(B)定常遷移沸騰熱伝達の測定用の実験装置を新たに製作し、その実験を通して遷移沸騰のメカニズムを検討した。特に、熱容量・伝熱面積比の大きい伝熱面を使うことによって、特殊なシステムを用いずに、安定した定常遷移沸騰状態を得ることに成功を収め、信頼できる遷移沸騰熱伝達率のデータの蓄積に加え、気泡挙動の詳細な高速度観察を行った。
前者の濡れ実験(A)より、昨年度の結論の検証、すなわち、(1)濡れの抑制温度条件(濡れ拡大の開始温度条件)が熱力学的過熱限界温度であること、(2)初期加熱面の温度の増加とともに濡れの領域が小さくなること、(3)高過熱面上の濡れ拡大過程において、固気液界面先端と過熱面とのなす角度は常温下の動的な前進接触角の上限値に近いこと、を示すとともに、(4)初期加熱面の温度の増加につれて濡れの拡大速度が小さくなることを示し、初期加熱面の温度の増加とともに時間的にも濡れが抑制されることを示した。後者の定常遷移沸騰実験(B)より、(5)無次元過熱度に注目した遷移沸騰熱伝達の相関式(固液接触割合相関式)を提示するとともに、(6)加熱面の温度の減少とともに気泡の離脱周期が増大および離脱気泡の代表寸法が減少し、その結果として固液の時空間的接触割合が増大することを示唆した。

Research Products

• [Publications] 大竹,村上,小泉: "プール膜沸騰における固液接触直後の濡れ面挙動に関する研究"日本機械学会関東支部 第7期支部総会講演会. (講演予定). (2001)
• [Publications] 大竹,白石,小泉: "遷移沸騰熱伝達機構および整理式構築"第38回日本伝熱シンポジウム. (講演予定). (2001)