狭隘流路内沸騰伝熱流動へ及ぼす表面濡れ性の影響

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K18318
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 伊藤 大介 京都大学, 原子炉実験所, 助教 (30630024)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 沸騰二相流 / ボイド率 / 液膜厚さ / 中性子ラジオグラフィ / 静電容量

Outline of Annual Research Achievements

狭隘流路内沸騰二相流における壁面濡れ性の影響を明らかにするために、本年度は沸騰実験において伝熱面として利用する銅基板に対する濡れ性変化について調べた。ガンマ線照射にはコバルト60線源を使用し、放射線誘起表面活性効果による濡れ性向上を確認した。また、気液間の静電容量の違いを利用した液膜厚さ分布測定法の確立を目的とし、現有の電気伝導式計測システムの改良および液膜センサの設計を行った。静電容量式計測システムでは、MHzオーダーの正弦波電圧信号を各電極へ印加し、センサ部での液膜厚さに応じた電流信号を受信回路で電圧に変換し測定する。受信回路ではI/V変換アンプおよびログアンプから成る回路を用いた。本年度は自作した受信回路を電極間で測定された静電容量から断面ボイド率分布を測定するワイヤーメッシュセンサに適用し、垂直円管内における空気-水系気液二相流のボイド率分布計測への適用性について調べた。液膜センサ設計においては、電極配置の最適化のための3次元電場解析を行い、多様な電極配置条件に関して検討を行うとともに、インピーダンス特性やクロストークの影響を考慮したセンサ製作のために知見の蓄積を行った。さらに、中性子ラジオグラフィによるボイド率分布計測の時間分解能向上を目的とし、中性子イメージインテンシファイアと高速度カメラを組み合わせた撮像システムの光学系の設計を行った。本年度は研究用原子炉が停止しており、中性子利用がなかったため、X線による本システムの有効性に関して調べた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度の研究計画では、中性子ラジオグラフィと液膜センサによる加熱面上液膜挙動の計測を行うことを目的としていたが、京都大学研究用原子炉が新規制対応により停止中であり、中性子ラジオグラフィ実験の実施ができなかった。そのため、次年度に同時計測法の検証を行う。また、静電容量式計測システムの構築のために受信回路を自作したが、さらなるノイズ低減および計測精度向上を目指すため、市販の変換モジュールの使用の検討を行う必要がある。以上より、本研究はやや遅れていると評価した。

Strategy for Future Research Activity

狭隘矩形流路内沸騰二相流の液膜厚さ分布を計測するために液膜センサの製作および静電容量式計測システムの構築を行う。また、中性子ラジオグラフィとの同時計測を行い、加熱面上液膜挙動を計測する。

Causes of Carryover

沸騰二相流の液膜厚さ分布の計測に使用する静電容量式液膜センサの設計段階において、ノイズ低減や電極配置といった点で課題が生じ、その解析及び検討に時間を要した。

Expenditure Plan for Carryover Budget

早急に設計を完了し、センサの製作を行う。