気泡発生音と発生気泡径の相関に関する研究

• 研究課題/領域番号: 08650899
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 化学工学一般
• 研究機関: 東京工業高等専門学校
• 研究代表者: 三谷 知世 東京工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (40157532)
• 研究期間 (年度): 1996
• 研究課題ステータス: 完了 (1996年度)
• 配分額: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 1996年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
• キーワード: ヒートパイプ / 気泡発生音 / 発生気泡径 / 流動状態

研究概要

ヒートパイプの作動液中で発生する気泡の流動状態と発生音の関係について実験的に検討した。ヒートパイプ下部に蒸留水を入れ、側面にマントルヒーターを巻いて40〜50℃に加熱した。系内は真空ポンプで20〜50mmHgに減圧した。流動状態はデジタルビデオで観察し、さらに外部マイクロフォンを接続して音声信号を取り込んだ。ビデオ画面は30分の1秒ごとの静止画面に分割するとともに、各画面ごとの音声信号は時間波形及びパワースペクトルとして表示した。ビデオ画面と音波解析はコンピュータ及び音波解析装置を用いて行った。ヒートパイプの流動状態は4種類に分類できた。それらを微細気泡流、不均一気泡流、単一スラグ流、不均一スラグ流と命名した。微細気泡流は1〜2mmの気泡が多数生ずる流動状態であり、パワースペクトルの40Hz付近にバックグラウンドより強いピークが生ずる。不均一気泡流は4〜20mmの気泡が発生し、パワースペクトルの40Hz付近と200Hz付近にバックグラウンドより強いピークが生ずる。単一スラグ流は砲弾型の気泡が成長を続けヒートパイプ端板に作動液をたたきつける現象である。単一スラグ流が生じる前には必ず静止状態が存在する。静止状態ではパワースペクトルはバックグラウンドと同一になる。その後、端板に衝突した作動液がヒートパイプ内壁を流下することで液面に気液二相流が生じる。このときのパワースペクトルは40Hz付近に極めて強いピークが観察される。不均一スラグ流は砲弾型の気泡と微細気泡が同時に存在する。ただし、単一スラグ流ほど大きな気泡には成長しない。パワスペクトルは40Hz付近で強くなるが、その強さは単一スラグ流と不均一気泡流の中間に位置する。
以上の結果より、気泡発生に伴って生ずる音波により、気液流動状態を検知しうることが明らかになった。