2015 Fiscal Year Annual Research Report
気泡微細化沸騰の伝熱機構へのミクロ液膜モデルの提案
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26630070
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
鶴田 隆治 九州工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30172068)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 沸騰熱伝達 / 気泡微細化沸騰 / ミクロ液膜モデル / サブクール沸騰 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
サブクール沸騰において生じるとされる気泡微細化沸騰(MEB)の伝熱機構を解明するために，プール沸騰における限界熱流束(CHF)を予測するためのミクロ液膜モデルを適用した理論的検討と，水平白金細線を用いた実験観察の両面からの研究を実施した．
まず，ミクロ液膜モデルのMEBへの適用では，サブクール沸騰の場合には合体泡がほとんど形成されないため，一次気泡の生成・成長と凝縮消滅といった一次気泡の挙動がより重要になる．そこで，一次気泡の生成，成長，消滅および再生成の過程の４段階に分け，それぞれの周期を定式化し，全周期を推定した．この全周期より平均熱流束を予測し，既存の実験データと沸騰曲線上で比較した結果，高熱流束領域において高サブクール度の実験値とよく一致することが確認できた．
一方，実験では，線径0.3mm，長さ35mmの白金細線を使用し，サブクール度をパラメータとして，空間に制限の無い水中と，二枚のガラス板で白金細線周りに制限空間を設けたHele-Shaw空間での沸騰様相の観察と沸騰曲線の実測を行った．その結果，高過熱度，高サブクール度においては，気泡の生成消滅周期は前述のミクロ液膜モデルによる予測値に非常に近くなり，沸騰曲線もほぼ一致することがわかった．しかしながら，1mm，2mmとHele-Shawの制限空間が狭くなるとCHF点が低下し，早くバーンアウトする結果となり，いずれもMEBの発生は観察されなかった．水平伝熱面を模擬できるHele-Shaw空間でもMEBが生じなかったことから，MEBの発生には伝熱面の熱容量が必要と考え，線径を0.6mmとしフロリナートを用いて検証したが，膜沸騰に至るもののMEB現象は生じないことを確認した．
なお，脱気していない水中の実験では，不凝縮ガスが微細気泡として発生することから，MEB現象に影響すると考察している．
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