2019 Fiscal Year Annual Research Report
Studies on unique characteristics of liquid-vapor behaviors and mechanism of CHF enhancement during boiling of aqueous binary mixtures
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16K06103
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
坂下 弘人 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00142696)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 二成分流体 / 沸騰 / 限界熱流束 / 可視化測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水に微量のアルコールを添加した二成分流体を沸騰媒体として用いると，限界熱流束(CHF)は飛躍的に促進される．本研究の目的は，伝熱面上の沸騰挙動の可視化計測を通して，CHFの促進機構を明らかにすることにある．
平成28年度は，伝熱面の沸騰様相を下面から可視化する実験系を作成し， 2-プロパノール水溶液を用いて濃度を0からCHFの最大促進効果が得られる3mol%まで変化させた実験を行った．その結果，2-プロパノール濃度の増加とともに伝熱面の乾燥領域割合は急激に減少することが明らかとなった．平成29度は，沸騰可視化実験により2-プロパノール水溶液の沸騰において伝熱面から発生する一次気泡の生成から離脱までの時間（一次気泡成長時間）を見積った．その結果，2-プロパノール濃度の増加とともに一次気泡成長時間は大幅に短くなることが明らかとなった．平成30年度は，水への溶解度に上限のあるブタノールおよびペンタノールを用いてCHF測定実験および伝熱面の可視化計測を実施した．その結果，両水溶液では2-プロパノール水溶液と同様にCHFは顕著に促進される一方，促進効果を最大にする濃度は，2-プロパノールの場合より大幅に小さい値であることが判明した．平成31年度は，アルコールと同様に，微量の添加によって水の表面張力が大幅に低下する表面活性剤を用いた実験を行った．その結果，表面活性剤水溶液ではCHF促進は得られないこと，伝熱面のドライアウト過程は水と類似の挙動を示すことが明らかとなった．
以上の結果から，二成分水溶液によるCHFの促進は伝熱面上のドライアウトの抑制によって引き起こされることが明らかとなった．また，このドライアウトの抑制は，バルク液の表面張力自体の低下ではなく，アルコールの選択的な蒸発によって伝熱面近傍に形成される濃度分布に起因する表面張力分布によってもたらされると考えられる．
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