閉管内における臨界点近傍の二酸化炭素の熱的および音響学的輸送機構に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15760124
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 王 剣鋒 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (30345269)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 飛原 英治 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (00156613)
• Keywords: 臨界点近傍流体 / 自然作動流体 / 二酸化炭素 / サーモサイフォン / 熱音響 / ヒートパイプ / 自励振動 / 熱輸送

Research Abstract

本研究は、閉管内に封入された臨界点近傍の二酸化炭素について、その熱輸送特性と振動の調査を目的とする。今年度の成果としては、以下の二点が挙げられる。
(1).実験装置が完成した。装置の中心は二酸化炭素の封入された銅製の閉管からなる。測定条件をつくるため、二酸化炭素の封入量を調節する必要があるが、バルブとギアポンプを用いて封入量の調節が可能である。恒温槽によって、冷却熱量と二酸化炭素の温度を調節し、電熱ヒータと直流電源によって加熱量を調節する。この装置は、加熱部と冷却部の温度差5〜70℃、二酸化炭素圧力6〜9MPa、入力熱量300W以下の条件での熱輸送量の測定が可能である。
(2).実験により、臨界点近傍の二酸化炭素による熱輸送量のデータが得られた。また、各測定値の振動を観測することができた。加熱部、断熱部、冷却部を垂直に配置し、上部に冷却部、下部に加熱部を配置した場合、サーモサイフォンと同様の効果が大きく、同じ直径を持つ銅棒に比して約10〜50倍の実効熱伝導率が得られた。加熱部、断熱部、冷却部を水平に配置した場合、サーモサイフォンの効果が減少し、それにより実効熱伝導率も減少した。しかしながら、その値は銅棒に比して5〜30倍とかなり大きなものであった。さらに、水平配置の場合において、臨界点近傍領域の方が、超臨界領域や二相領域よりも大きな熱輸送が得られたことは非常に興味深い。一方、垂直配置では、サーモサイフォン効果によると考えられる低周波数の振動と、熱音響的な効果によると考えられる高周波数の振動が観測された。波形は二相領域から臨界点へと近づくにつれて、大きく変化した。