| 研究課題/領域番号 |
18360096
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
熱工学
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
大平 勝秀 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30375117)
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| 研究分担者 |
石本 淳 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (10282005)
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| 研究期間 (年度) |
2006 – 2007
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| 研究課題ステータス |
完了 (2007年度)
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| 配分額 *注記 |
9,330千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 930千円)
2007年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2006年度: 5,300千円 (直接経費: 5,300千円)
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| キーワード | 極低温流体 / 強制対流熱伝達 / 固液二相流 / スラッシュ窒素 / スラッシュ水素 / 再生可能エネルギー / 再使用型宇宙輸送機 / 超伝導機器 / 水素 |
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| 研究概要 |
本研究は、配管内を流動する極低温スラッシュ窒素(液体窒素と固体窒素粒子が混在する固液二相流体)の強制対流熱伝達現象、および伝熱が原因で発生する不安定流動現象を実験的、理論的に解明することを目的とする。また、得られた実験データおよび理論的な検討をもとに、スラッシュ流体の管内流動数値解析コードを開発し、数値シミュレーションによる伝熱・流動現象の評価手法を確立する。
熱伝達測定用ヒータ管(銅製、内径15mm、10mmの2種類)、計測機器等を製作、購入し、スラッシュ窒素流動試験装置にてスラッシュ窒素(温度63K、固相率0〜40wt%)およびサブクール液体窒素(温度63K)の強制対流熱伝達特性および伝熱時の流動特性を実験により取得した。スラッシュ窒素の固相率、流速、熱流束の違いによる熱伝達特性が明らかとなった。また、流動・伝熱時にスラッシュ窒素の圧力損失が液体窒素より低下するもしくは同程度となる圧力損失低減効果と、低減効果に起因する熱伝達劣化現象を初めて明らかにした。本成果は、スラッシュ流体を超伝導機器等の冷媒として利用する際、機器の破壊に至るクエンチ等熱暴走現象を防止する上で重要な成果である。
固体窒素粒子の配管内流動特性を高速度カメラおよびPIV法(粒子画像流速測定法)で可視化測定し、固体粒子の流動様式を明らかにした。特に、PIV測定において固体粒子をトレーサとする方法で、固体粒子速度の測定を可能とした。
二流体モデルに基づくスラッシュ窒素三次元(重力の影響含む)管内二相流を数値シミュレーションする方法を構築し、解析を実施した。流動解析結果をPIV法で測定した流速と比較した結果、良好な一致を確認した。スラッシュ水素の流動解析についても実施した結果、流体力学的に妥当な結果が得られており、開発したシュミレーションコードは流動予測手法として活用できる。
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