2021 Fiscal Year Annual Research Report
Heat Transfer Characteristics of Helium Gas in Narrow Channel Concerning with Integrity of ITER Blanket
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18K03979
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
劉 秋生 神戸大学, 海事科学研究科, 教授 (80294263)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柴原 誠 神戸大学, 海事科学研究科, 准教授 (70628859)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 対流熱伝達 / 細管流路 / ヘリウムガス / 非定常熱伝達 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，核融合炉のブランケットの健全性を確保するため，ヘリウムガス冷却ブランケットに着目し，その狭隘流路における定常・非定常熱伝達特性を解明することを目的に，細い内径をもつ円管流路における対流熱伝達に関し，実験と解析を行う。今年度では，加熱長さの影響を明らかにするため，長さ50 mm，内径1.8 mmの細管発熱体を用い，発熱量が指数関数状に増加する場合の強制対流熱伝達実験を行い，広範囲において過渡対流熱伝達実験データを取得した。また，細管流路内の熱伝達について，数値解析を行い，細管内における温度分布と速度分布を解明し，実験データとの比較検討を行った。実験データは，系圧力が480～687 kPa，ガス温度が299 K，流速が114 m/s～191 m/s，発熱率の増加する時定数（e-folding時間あるいは発熱量増加周期）が1.50 s～15.0 s の条件下で収集した。具体的に以下の研究結果を得た。(1)流速または圧力が増加すると，熱伝達係数が増加した。 (2)熱伝達係数は，この小径チューブとの従来の相関関係から予測されたものよりも高くなった。(3)e-folding時間が約1.5秒を超えると，熱伝達係数は一定値になった。 (4)熱伝達係数は，加熱長さ90mmの細管よりも大きかった。 小さな細管内でのヘリウムガスの熱伝達には，顕著な入口効果があることが解かった。(5) 熱伝達係数が安定する表面温度差における実験値と解析値の熱伝達係数の差は8.5 %以内となり,実験値とよく一致した。(6)流速が同じであるとき,内径が小さくなると平均伝導底層厚さが薄くなることがわかった。(7)流速が増加すると平均伝導底層厚さは薄くなり,その関係を整理した。また,無次元化した伝導底層厚さとレイノルズ数との関係式を得た。
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