2015 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ粒子懸濁による核沸騰限界熱流束向上機構解明と沸騰素過程に関する研究
| Project/Area Number |
25420156
|
|---|
| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
|---|
Principal Investigator |
小泉 安郎 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力基礎工学研究センター, 研究員 (20215156)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | 核沸騰熱伝達 / プール沸騰 / ナノ粒子 / 限界熱流束 / 赤外線カメラ / 熱工学 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
銅プリント基板製の10 mm×10 mm伝熱面に直接通電加熱し、圧力0.1MPaの下でプール沸騰熱伝達実験を行う。電流、電圧と銅電気抵抗から、伝熱面熱流束と伝熱面平均温度を求める。更に、伝熱面中央の裏面ベークライトを径6 mm円形に取り除く。この部分の伝熱面裏面温度を赤外線放射温度計を用いて測定する。これにより、伝熱面温度を、瞬時、局所の広がりとして、時系列的に測定する。ナノ粒子を懸濁させたナノ流体、及び清浄純水を試験液とする。高速度カメラにより沸騰状況を撮影する。以上から、ナノ粒子懸濁と限界熱流束向上化の関係、また、沸騰素過程に関する諸情報を入手する。
平成25、26年度は清浄純水による比較基礎プール沸騰実験を実施した。孤立気泡沸騰領域では、対流伝熱の重要性を確認した。三相界線の存在を限界熱流束点では確認できなかった。始めに伝熱面のある部分に小さな高温乾き面が現れ、それが拡大、縮小を繰り返しつつ次第に大きくなり、ついには伝熱面全体に高温乾き面が一気に拡大し、伝熱面の物理的焼損に至る、一連の過程を把握した。
平成27年度はTiO2ナノ粒子を蒸留水に添加したナノ流体（0.04 g/L，0.4 g/L，4 g/L）のプール沸騰実験を行った。実験後伝熱面上には、ナノ粒子の析出層が形成されていた。析出層厚さは10数μmと薄く、析出層表面には幅数μm、深さ5～10μmの不規則な多数の溝が認められた。核沸騰熱伝達率は蒸留水の場合に比べて低下していた。一方、限界熱流束は、蒸留水の場合に比べて向上していた。伝熱面に局所的に乾き面が発生し、拡大して伝熱面焼損は発生していた。但し、蒸留水の場合に比べ、乾き伝熱面拡大領域は狭く、短時間に焼損に至っていた。ナノ粒子析出層表面に形成される無数の微細溝によって、乾き面形成拡大が抑制され、限界熱流束は向上化したものと考えられる。
|
