沸騰二相流の伝熱と流動機構ならびにその相関に関する研究

1987 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 62550152
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 加治 増夫 大阪大学, 工学部, 助教授 (90029306)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松本 忠義 大阪大学, 工学部, 教務員 ; 武石 雅之 大阪大学, 工学部, 助手 (80150499)
• Keywords: 沸騰二相流 / 熱伝達 / 圧力損失 / 液滴エントレイン / 環状流 / 乱流熱伝達理論

Research Abstract

本研究は管内沸騰流に対して熱伝達と圧力損失のアナロジを検討し, 伝熱と流動機構を同時に実験的に明らかにするとともに, 熱伝達率の高精度な予測法を確率することを目的としている. 初年度の研究によって得られた主な結果は以下の通りである.
(1)空気-水系の加熱実験ループを作成し, 熱伝達率と圧力損失の測定を行った. データ整理において液膜からの蒸発による伝熱量が無視できないことが判明した. その補正を行い検討した結果, 熱伝達率は従来の蒸気-水系の場合の相関式よりいくぶん高くなることが分かった. これは液滴エントレイン流量の差によるものと考えられるため, 液膜厚さ, 液滴エントレイン流量の測定を行うべく装置の改良を進めている.
(2)蒸気-水系沸騰流の実験により得られた従来の実験データに対して単相流熱伝達と圧力損失のアナロジーを適用し, 比較を行ったところかなりよい相関の得られることが分かった. 両者の差は流動様式によって異なり, これをパラメータKで表示した. さらにこの相関法は各沸騰領域にまで拡張できる可能性のあることが判明した.
(3)単相流の乱流熱伝達理論において物性値変化のある場合の基礎式を環状流モデルに拡張して適用し, 数値計算によって熱伝達と圧力損失を予測する計算モデルを考案した. 今年度は非加熱流についてのみ計算を行い, 公表されている実験データとの比較を行った. その結果, 液流量が少なく液滴エントレインのない倍, 計算で求めた速度分布は十分な高精度で実験値と一致すること, また, 液流量が大きい場合でも速度分布の形は相似しており液滴エントレイン流量を正確に予測できれば, 本計算方法で予測可能であることが明らかとなった. 今後これを加熱流に適用し, 熱伝達率についても計算を試みる.