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高温固体面に高速衝突する液体の自発核生成と急速蒸発に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 16560176
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 熱工学
研究機関横浜国立大学

研究代表者

奥山 邦人  横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 教授 (60204153)

研究期間 (年度) 2004 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2005年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2004年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
キーワード固液接触 / 自発核生成 / 過熱限界 / 急速蒸発 / 接触面温度測定 / 沸騰様相観察 / 冷却速度
研究概要

本研究は、高温液と低沸点液の直接接触に伴う蒸気爆発現象において爆発的蒸気発生のトリガとなりうる液体の過熱限界における自発核生成現象に着目し、高温石英ガラス面に低沸点液体を高速で衝突させた際の自発核生成とそれに伴う急速蒸発過程を、接触面温度の高精度測定とミクロな様相観察を同時に行いつつ明らかにすることを目的として行った。
実験では、石英ガラス面上の微小白金薄膜ヒータを試料液エタノール中で瞬時に高発熱させて自発核生成を起こさせ、急速成長する一個の合体気泡がキャビテーション崩壊する際に薄膜伝熱面に高速で衝突する現象を利用して、固液衝突後の核生成の様相を詳細に観察した。
平成16年度は接触時の固体表面温度を調節するために接触時においてもヒータを適度に発熱させ続ける方法で行い、平成17年度は接触の直前に加熱を停止し発熱源の影響を排除した方法で実験を行った。また表面温度の時間変化から流体に伝達された熱流束を算出し、急速熱移動と自発核生成の関係も調べた。両年度における結果をまとめると以下の通りとなる。
1.合体泡消滅時の伝熱面温度が均質核生成温度付近となる場合に、自発核生成によるとみられる微細気泡が一斉に発生する。
2.合体泡消滅時の伝熱面温度が均質核生成温度より低くなるにつれて微細気泡の発生数は僅かになる。反対に合体泡消滅時の温度が均質核生成温度より高くなると、消滅後も蒸気膜で覆われる部分が増え、伝熱面温度が均質核生成温度より約70〜100度以上高い場合、合体泡消滅後も崩壊しない蒸気膜に伝熱面は覆われ続けるようになる。
3.合体泡消滅時の固体面の冷却速度(表面温度降下速度)と表面熱流束は、消滅時の伝熱面温度が均質核生成温度より50度程度高いとき最大となる。蒸気膜が覆っているように観察される高温域でも伝熱面温度を顕著に降下させるほどの固液接触と固体面上での蒸発が生じている可能性がある。

報告書

(3件)
  • 2005 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2004 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2006 2005

すべて 雑誌論文 (6件)

  • [雑誌論文] 高温固体面への液体の接触と自発核生成2006

    • 著者名/発表者名
      奥山邦人
    • 雑誌名

      第43回日本伝熱シンポジウム講演論文集 (印刷中)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Contact of liquid on a hot surface and resulting behavior of spontaneous nucleation2006

    • 著者名/発表者名
      Kunito Okuyama
    • 雑誌名

      43rd National Heat Transfer Symposium of Japan (in press)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 高温固体面への液体の接触と自発核生成2006

    • 著者名/発表者名
      奥山 邦人
    • 雑誌名

      第43回日本伝熱シンポジウム講演論文集 (5月31日掲載予定)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 高速加熱沸騰と固液接触2005

    • 著者名/発表者名
      奥山邦人
    • 雑誌名

      第42回日本伝熱シンポジウム講演論文集 2

      ページ: 289-290

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Liquid contact in transient boiling on a solid surface subjected to rapid heating2005

    • 著者名/発表者名
      Kunito Okuyama
    • 雑誌名

      42nd National Heat Transfer Symposium of Japan Vol.2

      ページ: 289-290

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 高速加熱沸騰と固液接触2005

    • 著者名/発表者名
      奥山邦人
    • 雑誌名

      第42回日本伝熱シンポジウム講演論文集

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書

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公開日: 2004-04-01   更新日: 2016-04-21  

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