2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of arm rotary type test system for evaluate the cooling characteristics of quenchants using a small platinum ball probe
| Project/Area Number |
16K06139
|
|---|
| Research Institution | Nara National College of Technology |
|---|
Principal Investigator |
島岡 三義 奈良工業高等専門学校, 電子制御工学科, 教授 (80162486)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 篤人 奈良工業高等専門学校, 電子制御工学科, 講師 (80619867)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 強制対流非定常沸騰 / 白金球 / 浸漬急冷 / 冷却速度 / 熱伝達率 / 自動計測 / 高速度ビデオ観察 / 蒸気膜崩壊 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
回転半径が100mmのアームの先端に取り付けた白金球プローブを高温に加熱した後に，アームを回転させて水やポリマー水溶液などの冷却剤に浸漬し，冷却剤の冷却特性を評価する試験システムを開発した。膜沸騰段階から遷移沸騰，核沸騰並びに強制対流域への移行過程の観察が重要であることから，回転移動する白金球を常に観察し続けることが可能な高速度ビデオ撮影システムを構築した。回転アーム軸に高速度ビデオカメラを固定した構造でアーム回転用モーターに高回転トルクの負荷が作用することから，角度分解能が192万パルス／回転のダイレクトドライブモーターをアーム回転用に採用した。白金球に挿入した熱電対の温度サンプリングに同期して，回転アームの回転角度情報も得られるようになったため，膜沸騰段階の蒸気膜形成状況，蒸気膜崩壊温度，蒸気膜崩壊開始場所，蒸気膜崩壊様相等の詳細を明らかにできた。白金球と白金球内に挿入した熱電対の保持用治具（アーム）が，蒸気膜崩壊のトリガになりやすく，従来であれば斉時（瞬時）的崩壊と解釈された現象が，数十ミリ秒内での伝播的崩壊であることが確認できる浸漬条件があった。また，白金球を拡大撮影できることにもなったため，概略値ではあるが蒸気膜厚さの測定も可能になった。以上のことから，本補助事業により，アーム回転式の冷却特性試験システムの一応の完成形を構築できた。
一方，蒸気膜崩壊のトリガが回転アームの白金球付け根部であることが多いことから，その影響を極力避けるようにアームを垂直に固定して，冷却剤容器を垂直に上昇させて浸漬するタイプの冷却試験装置も開発した。
なお，4mmの白金球径でも蒸気膜崩壊直後の高い熱伝達率域においては，白金中心部（熱電対での測定部）と白金球表面との温度差が数十度以上になるとの逆熱伝導問題の解析試算があり，白金球体を集中熱容量近似することの問題解決が課題である。
|
