2020 Fiscal Year Annual Research Report

Direct measurement of temperature distribution of heat transfer surface during quenching of high-temperature wall

Research Project

Project/Area Number	18K03973
Research Institution	The University of Electro-Communications
Principal Investigator	大川富雄電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (20314362)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	クエンチング / クエンチ速度 / 熱伝達率分布 / クエンチ温度 / 無次元相関式
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、高温に熱せられた固体の表面に液体を供給して、沸騰熱伝達により冷却する問題を検討対象とした。この場合、初期の冷却形態は膜沸騰による「徐冷」だが、伝熱面温度がある値（クエンチ温度）まで低下すると、伝熱面が局所的に濡らされて、冷却形態が核沸騰による「急冷」に移行する。この過程をクエンチと呼ぶ。濡れ領域先端の進展速度（クエンチ速度）は、固体が高温に保持される時間を決定するため、原子炉の事故時緊急冷却等で重要となる。このため、クエンチ速度の高精度予測を目的として、数多くの研究がなされてきた。しかし、現状では、クエンチ点近傍における熱伝達率分布に関する実験情報が皆無であるため、その概形を仮定した上で、クエンチ速度の実験値が再現されるように熱伝達率分布を設定する必要がある。しかしながら、クエンチ速度の実験値を再現する熱伝達率分布は一意には定まらない。このため、限られた条件下でクエンチ速度を再現できたとしても、他の条件で十分な精度での予測が可能かどうかは不明である。そこで、本研究では、高温かつ激しく温度変動するクエンチ時の過酷な環境下で、クエンチ点近傍における伝熱面温度分布の高時間・高空間分解能計測を、世界に先駆けて実施した。得られた温度分布の実験データから熱伝達率分布を算出するとともに、初期高温面温度や液流量に対する依存性を調べ、無次元相関式として取りまとめた。また、得られた無次元相関式を用いて計算されるクエンチ速度は、実験結果と一致することも確認した。本相関式は、熱伝達率分布の概形に関する仮定を必要としない初めての相関式であり、今後の相関式開発のベースになるものと期待できる。