2018 Fiscal Year Annual Research Report
Wetting dynamics coupling with liquid-vapor phase change and surface oxidation at high temperature
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16H02315
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
高田 保之 九州大学, 工学研究院, 教授 (70171444)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 厚史 九州大学, 工学研究院, 教授 (10243924)
河野 正道 九州大学, 工学研究院, 教授 (50311634)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 伝熱機器 / 液滴 / 酸化被膜 / 熱物性 / 噴霧冷却 / 濡れ性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
噴霧冷却は急速冷却技術の本命であるにもかかわらず，特に超高温域(～1000℃)における物理機構は未解明のままである．本研究では，表面酸化の影響を考慮しつつ高温域での固液接触の素過程，すなわち動的な濡れと伝熱機構の解明を目指す．これを達成するために，高度に周囲雰囲気を制御した実験系を構築して固体表面の酸化層の成長過程を詳細に把握するとともに，液滴が高温面に衝突する際の挙動と温度の関係を計測し，熱力学的過熱限界温度を超えた領域における相変化を利用した急速冷却現象の論争に最終決着をつける． 平成30年度は下記の3項目について実施した．
(1)固液接触および動的濡れ観察・・・・・・マイクロジェットディスペンサーで高温面に液滴を射出し，衝突の様子を高速度ビデオをにより観察した．表面処理を行ったいくつのサンプルで実施し，挙動観察を行った．また，加熱冷却による濡れ性変化について雰囲気を制御して接触角の測定を行った．
(2)環境雰囲気制御型噴霧伝熱試験装置による表面濡れ性変化の測定・・・・・環境をコントロールした状態で鉄表面の酸化被膜の成長と濡れ性の評価を行った．その結果，酸化被膜の最表面を構成するFeO,Fe2O3,Fe3O4の違いに応じて濡れ性が変化し，これが冷却速度の違いを生じさせることが分かった．
(3)非定常熱伝導モデルによる酸化被膜の影響評価・・・・・・ 本研究で測定した酸化被膜の熱拡散率，比熱および密度のデータを用いて，固液接触時の固液界面温度を非定常熱伝導モデルにより推定したところ，酸化被膜の種類に関わらず約250℃で急冷が開始されることが新たな知見として得られた．この温度は熱力学的過熱限界温度以下であり，見かけ上高温で急冷が開始される場合でも液滴が衝突する際の固液界面温度は約250℃であることが分かった．
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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