| 研究概要 |
超流動ヘリウムによる超伝導マグネットの冷却を想定し,冷却流路を模擬した素子を用いて,スペーサー形状が熱輸送に及ぼす影響について実験を行った。また数値解析により,スペーサーで隔てられた流路での温度変化や熱の排出の様子をシミュレーションした。その結果,以下の結論が得られた。
FRPスペーサーに直径が数mm程度の穴を設けたスペーサーにおいては,λ転移熱流束の値は穴をあけていないスペーサーの場合より上昇する。λ転移熱流束の値は,穴の空隙率に依存した。5%程度の小さな空隙率でも,2流路間の良好な熱伝導が得られることが明らかになった。このことから実際の超伝導マグネットにおいて,スペーサーに小さな穴を設けることは有効な手段となると思われる。
スペーサーとして多孔質材を用いた場合においては,熱機械効果による流れの影響でさらに効率の良い排熱状況が得られた。そのためλ転移熱流束の値は,直径が数mm程度の穴を設け同じ空隙率にしたスペーサーより高い値になった。流路内がHe IIで満たされているときはもとより,He Iが発生したときにおいても熱機械効果が効果的に作用していることが示唆された。
巻線のとぎに破損する可能性が低い硬質ポリエチレン(HDPE,高密度ポリエチレン)製の焼結プラスティックについても実験を行った。焼結プラスティックの場合も,アルミナ製多孔質材とほぼ同程度の冷却性能が得られた。
流路内でHe Iが発生した非定常時においては,熱機械効果が期待できないスペーサー形状では,温度上昇が局所的に大きくなる。多孔質スペーサーはHe I発生時においても,自然対流により流路全体に及ぶ流れが生じるよりも早く熱機械効果が作用し,流路内の熱を有効に排出する効果があることが明らかになった。
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