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超高温金属表面と接触する冷却媒体の界面現象の計算力学的解析

研究課題

研究課題/領域番号 11450274
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 材料加工・処理
研究機関日本文理大学 (2000)
京都大学 (1999)

研究代表者

八田 夏夫  日本文理大学, 工学部, 教授 (30026041)

研究分担者 古屋仲 秀樹  日本文理大学, 工学部, 助教授 (40248620)
藤本 仁  京都大学, エネルギー科学研究科, 助手 (40229050)
石井 隆次  京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (20026339)
宅田 裕彦  京都大学, 大学院・エネルギー科学研究科, 助教授 (20135528)
研究期間 (年度) 1999 – 2000
研究課題ステータス 完了 (2000年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2000年度: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
キーワード超高温金属表面 / ライデンフロスト点 / 濡れ現象 / 固液界面 / 蒸気膜 / 沸騰 / ウェーバ数 / ブラックゾーン / 液滴の変形挙動 / ウェーバー数 / 数値解析 / 自由表面 / レイノルズ数 / スプレー冷却 / 熱伝達 / 固液接触
研究概要

本研究は,11-12年度の当該年度において,超高温金属表面に衝突する液滴やラミナー流が,ライデンフロスト点以上の表面に接触したときの固液界面の複雑な現象を,計算力学的観点から検討を加えたものである。先ず,高温表面に衝突する液滴の挙動については,非常に重要な因子はウェーバー数Weと呼ばれる無次元量である。これは,表面張力に対する慣性力の比に対応し,液滴の衝突エネルギーに関連する。Weが小さいと,衝突後,円盤状に広がり,最大径に達すると,表面張力の効果により,衝突前には,球状の液滴が縦長のボーリングのピンのような形態に変形し,高温平面から跳ね上がることが実験的かつ理論的な観点から確認できた。また,Weがある値を越えると,液滴が変形途中で割れることが確認され,割れるか割れないかの境界のWeが存在することを確認した。それを第一臨界We数と呼び,We_<cri1>と書くと,We_<cri1>より大きいWeのときには,液滴は変形途中で必ずいくつかに割れるが,割れた小液滴が衝突点の方向に向って,それらが再び合体する場合と,衝突点と逆の方向に飛び去ってしまう場合があることを実験的に確認した。その境界のWeを第二臨界We数と名づけ,それをWe_<cri2>と書くと,We_<cri1><We<We_<cri2>のときには,変形中の液滴はリコイルの過程で,いくつかの小液滴に分裂し,We_<cri2><Weのときには拡大過程で小液滴に分裂し,四方八方に飛び去って行くことが確認できた。
さらに,高温金属表面にラミナー流を衝突させた場合には,ブラックゾーンが形成される。これは衝突点から表面と液体が濡れ現象が起きていることを示している。濡れ領域は時間とともに拡大し,濡れ領域の際で沸騰している。これらのことの関する詳細は,全て論文にしているにで,研究成果報告書を参照されたい。

報告書

(3件)
  • 2000 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1999 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (27件)

  • [文献書誌] Hatta Natsuo,Fujimoto Hitoshi: "Predictable Model for Characteristics of One-Dimensional Solid Gas-Liquid Three-Phase Mixture Flow along a Yertical Pipeline with an Abrupt Enlargement in Diameter"Trans.ASME J.of Fluids Engg.. 121. 330-342 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Ishii Ryuji,Hatta Natsuo Fujimoto Hitoshi: "Experimental and Numerical Analysis of Circular Pulse Jets"Journal of Fluids Mechanics. 392. 129-153 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Ishii Ryji,Hitoshi Fujimoto,Hatta Natsuo: "Shock Waves in Nonuniform Gas"Physics of Fluids. 11-7. 1921-1935 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Fujimoto Hitoshi,Hatta Natsuo: "Numerical Simulation of Convective Heat Transfer to a Radial Free Surface Set Supinging on a Hot Solid"Heat and Mass Transfer. 35-4. 266-272 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Fujimoto Hitoshi,Hatta Natsuo: "Evolution of Liquid/Solid Contact Area of a Drop Impinging on a Solid Surface"International J.Heat and Mass Transfer. 43-9. 1673-1677 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hatta Natsuo,Fujimoto Hitoshi: "Prediction of Gas-Liquid Two-Phase Mixture Flow in a Verticle Pipe with a Sudden Expansion in Diameter"Steel Research (Arch.Eisenhuetten wes.). 71-5. 153-160 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 八田夏夫: "計算力学の基礎"丸善株式会社. 398 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 八田夏夫: "例題で学ぶ基礎の力学"丸善株式会社. 170 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hatta Natsuo, Fujimoto Hitoshi: "Predictable Model for Characte listics of One-Dimensional Solid Gas-Liquid Three-Phase Mixture Flow of on a Yartical Pipeline will an Abrnpt Enlaysement in Diqmeter"Trans. ASME J.of Fluids Engg.. 121. 330-342 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Ishii Ryuji, Hatta Natsuo Fujimoto Hitoshi: "Experimental and Numerical Analysis of Circular Pulse Jets"Journal of Fluids Mechanics. 392. 129-153 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Ishii Ryuji, Hitoshi Fajimoto, Hatta Natsuo: "Shock Waves in Nonuniform Gas"Physics of Fluids. 11-7. 1921-1935 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Fujimoto Hitoshi, Hatta Natsuo: "numerical Simulation of Convective mere Transfer to Cranial Free Surface Set Swpinging on a hot Solid"Heat and Mass Transfer. 35-4. 266-272 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Fujimoto Hitoshi, Hatta Natsuo: "Evolation of lisula/Salid Contact Area of a Drop Impinging on a Solid Surface"International J.Heat and Mass Transfer. 43-9. 1673-1677 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hatta Natsuo, Fujimoto Hitoshi: "Dredicrion of Gas-lignid Two-Phase Mixture Flow in a vertical pipe with a Scddea Expausion in Diameter"Steel Research (Arch, Bseahuellenues, ). 71-5. 153-160 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hatta Natsuo,Fujimoto Hitoshi: "Predictable Model for Characteristics of One-Dimensional Solid Gas-Liquid Three-Phase Mixture Flow along a Yertical Pipeline with an Abrupt Enlargement in Diameter"Trans.ASME J.of Fluids Engg.. 121. 330-342 (1999)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Ishii Ryuji,Hatta Natsuo Fujimoto Hitosbi: "Experimental and Numerical Analysis of Circular Pulse Jets"Journal of Fluids Mechanics. 392. 129-153 (1999)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Ishii Ryuji,Hitoshi Fujimoto,Hatta Natsuo: "Shock Waves in Nonuniform Gas"Physics of Fluids. 11・7. 1921-1935 (1999)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Fujimoto Hitoshi,Hatta Natsuo: "Numerical Simulation of Convective Heat Transfer to a Radial Free Surface Set Impinging on a Hot Solid"Heat and Mass Transfer. 35-4. 266-272 (1999)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Fujimoto Hitoshi,Hatta Natsuo: "Evolution of Liquid/Solid Contact Area of a Drop Impinging on a Solid Surface"International.J.Heat and Mass Transfer. 43-9. 1673-1677 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Hatta Natsuo,Fujimoto Hitoshi: "Prediction of Gas-Liquid Two-Phase Mixture Flow in a Vertical Pipe with a Sudden Expansion in Diameter"Steel Research (Arch.Eisenhuetten wes.). 71-5. 153-160 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 八田夏夫: "計算力学の基礎"丸善株式会社. 398 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 八田夏夫: "例題で学ぶ基礎の力学"丸善株式会社. 170 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 八田夏夫: "Predictable Model for Characteristics of One-Demensional Solid-Gas-Liquid Three-Phase Mixtures Flow Along a Vertical Pipeline with an Abrupt Enlargement in Daimeter"Transactions of ASME, Journal of Fluids Engineering. 121・3. 330-342 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 石井隆次: "Shock waves in nonuniform gas"Physics of Fluids. 11・7. 1921-1935 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 石井隆次: "Experimental and numerical analysis of circular pulse jet"Journal of Fluid Mechanics. 392. 129-153 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 藤本 仁: "Numerical Simulation of Convective Heat Transfer to a Radial Free Surface Jet Impinging on a Hot Solid"Heat and Mass Transfer. 35. 266-272 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 八田夏夫: "Prediction of Gas-Liquid Two-Phase Mixture Flow in a Vertical Pipe with a Sudden Expansion in Diameter"Steel Research. (掲載予定).

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書

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公開日: 2000-04-01   更新日: 2016-04-21  

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