2019 Fiscal Year Research-status Report
高熱流束除熱達成に向けた気泡合体が沸騰伝熱に及ぼす影響
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19K14904
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
諸隈 崇幸 神奈川大学, 工学部, 助教 (00756059)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 沸騰熱伝達 / ミクロ液膜 / 気泡間液膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究申請はこれまで構築してきた薄液膜の測定手法を用いることで，純水中における沸騰冷却の限界である1 MW/m2のさらなる向上を目指し，高熱流束除熱における沸騰伝熱機構を解明することを目的に，大きく分けて次の2つに分類される課題を行っている．課題1：沸騰気泡直下に形成される熱伝達の極めて良好な薄液膜（以下ミクロ液膜）の形成から消失までの詳細を把握し沸騰冷却のメカニズムを明確にする．課題2：接近する気泡間に形成される液膜の形成から合体に至るまでの詳細な液膜厚さ分布を測定し，気泡同士が合体する条件を明らかにする．上記2つのテーマから単一の気泡成長だけでなく気泡間の相互干渉の影響を明確にする.課題1の把握のために，令和1年度は純水中の沸騰気泡発生時のミクロ液膜厚さの測定を行った．実験は熱流束を変化させて孤立気泡領域から合体泡領域までの広域な実験範囲について行った．その結果，沸騰気泡底部に生成されるミクロ液膜消失過程の観察に成功した．孤立気泡領域では成長する気泡の体積変化と合わせ，ミクロ液膜の減少量をすべて蒸発したと仮定することでミクロ液膜からのおおよその伝熱量を推定することが出来た．このことは沸騰伝熱機構を明らかにする上で重要な要素となる．また，課題2について，開発した同時計測手法を用いて沸騰気泡の合体条件を明らかにすることを目的として，令和1年度では沸騰気泡の合体を模擬するため，純水を用いてバルク液温を上昇させて気泡合体時の液膜厚さ測定を行った.バルク液温を変化させることで物性が変化した場合の気泡間液膜厚さの変化傾向を把握することが出来た.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和1年度の進捗は申請時の通り2課題ともに進めることが出来ている．課題1：沸騰気泡直下に形成されるミクロ液膜の形成から消失までの詳細を把握し沸騰冷却のメカニズムを明確にする．課題2：接近する気泡間に形成される液膜の形成から合体に至るまでの詳細な液膜厚さ分布を測定し，気泡同士が合体する条件を明らかにする．課題1では純水中で沸騰気泡成長時のミクロ液膜厚さの測定について，熱流束を変化させて孤立気泡領域から合体泡領域までの広域な実験範囲について行った．課題2では沸騰気泡の合体を模擬するため，純水を用いてバルク液温を上昇させて気泡合体時の液膜厚さ測定を行った.
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度は課題1では沸騰伝熱機構の解明のためにバルク液を変化させ各々の液体におけるCHF付近のミクロ液膜の消失過程の観察を行う．課題2では沸騰気泡を模擬するため，液中に射出する気体を空気ではなく，液体と同種蒸気を用いて実験を行う.そのために実験装置の改良を行う必要がある.
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| Causes of Carryover |
令和元年度に申請者の所属機関が変更したことにより研究を行う場所が変更された。そのため、申請者の前所属機関から実験装置の移設を予定していたが、まだ実施できておらず、その分残額が生じた。令和2年度に移設を予定しており、繰越金はその輸送費として支出予定である。
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