2007 Fiscal Year Annual Research Report
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18560187
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
坂下 弘人 Hokkaido University, 大学院・工学研究科, 准教授 (00142696)
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| Keywords | 沸騰 / 限界熱流束 / 二成分水溶液 / マランゴニ効果 / マクロ液膜 / 気液構造 / 触針法 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は、プール沸騰の限界熱流束を大幅に向上させる有効な方法を検討することである。具体的には、簡便で受動的な方法でありながら限界熱流束の向上が期待できる、作動流体にpositive混合液を用いたマランゴニ効果による促進法に注目し、限界熱流束の促進機構を明らかにすることが目的である。
実験に用いた沸騰面は直径12mmの銅製上向面であり,伝熱面中央には垂直方向に0.5μm,水平方向に10μmの精度で移動可能な触針プローブが設置されている.作動流体としては,代表的なpositive混合液である2-プロパノール水溶液を用いた.実験は大気圧(100kPa)から0.05気圧(5kPa)の範囲で行なった.
昨年度の研究で,2-プロパノール水溶液の限界熱流束は,いずれの圧力でも水に比べて1.7倍から2.2倍促進されること,および伝熱面を覆う蒸気塊下に存在する液層の厚さは,水に比べて2-プロパノール水溶液では非常に厚くなることが明らかとなった.この要因として,2-プロパノール添加による表面張力の低下および気泡微細化の影響が考えられた.そこで,同様の効果をもたらす(ただし,2-プロパノールとは異なり濃度差マランゴニ効果は生じない)表面活性剤を添加した実験を行なった結果,気液構造は水と大差なく限界熱流束の促進も得られないことが判明した.次いで,伝熱面からの高さと径方向位置を変えて,伝熱面上の気液構造の2次元分布を測定した.その結果,2-プロパノール水溶液では,伝熱面中央部では気泡の発生がほとんど無く,周辺部で沸騰が促進されていることが判明した.このような伝熱面中央と周辺部での沸騰状態の顕著な違いは,伝熱面上の大きな蒸気塊周囲に発生するマランゴニ効果による伝熱面周辺部への液供給によってもたらされている可能性が高い.これによって,伝熱面径方向に2-プロパノールの濃度分布が形成され,濃度の低い伝熱面中央部で沸騰が抑制されることにより蒸気塊下の厚い液層の形成をもたらし,限界熱流束を促進させていると考えられる.
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