| 研究概要 |
極低温流体として超臨界圧ヘリウムを対象として実験および解析を行った。既存の液体窒素二相流不安定解析コ-ドを修正し、線型安定判別計算を行った。その結果、(i)伝熱管内でヘリウムが擬臨界曲線近傍の大きな物性値変化を経験することが、流れが不安定になる主要因である。(ii)周期は通過時間のほぼ1.4倍で、発生した不安定は密度波不安定であると考えられる。(iii)安定判別マップを作成し、不安定化の要因について調べた。
次に実験を行った。実験範囲は、圧力が0.226〜0.42MPa、質量流量が0.03〜0.15g/s、入口温度5.2〜6.0kである。その結果、加熱入力を増すにつれてA,B,Cの順で次の3種類の振動現象が観察された。
(A)低加熱入力で発生する、0.7〜1.2秒の周期をもつ振動の圧力、流量ともに振動するが、出口圧力振動振巾が非常に大きいことが特徴である。これは、主に、出口配管(管内で液体ヘリウム温度〜室温の温度変化がある)で発生するヘルムホルツ型音波振動であると考えられる。
(B)周期が11〜76秒と非常に長い振動。これは、加熱部内の加熱、および出口配管での熱侵入による加熱が原因となって発生した密度波振動であると考えられる。
(C)周期が0.8〜2.9秒の振動。これは上記解析結果と、振動発生境界、周期ともによく一致する。従って、加熱部内での加熱が原因となって発生した密度波振動であると考えられる。
以上の振動はすべて、入口温度が擬臨界温度以下であるとき発生した。更に、B,Cの振動は管内で流体が擬臨界曲線を横切るように加熱され、その際物性値の大きな変化を経験することに生じることから上記解析結果、ならびにThurstonら多くの研究者の実験結果が裏付けられた。
|
