水平細線の浸漬急冷非定常沸騰における固液接触機構

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05650198
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 本田 博司 九州大学, 機能物質科学研究所, 教授 (00038580)
• 研究分担者: 山城 光 九州大学, 機能物質科学研究所, 助手 (70239995)
• キーワード: 熱伝達 / 沸騰 / 急速冷却 / 細線 / 固液接触 / 極小熱流束点

研究概要

浸漬急速冷却技術の開発はアモルファスなどの金属系新素材製造技術の基礎として重要である。また、浸漬冷却過程における固液接触の開始は蒸気爆発現象と密接な関係があり、その機構解明が待たれている。本研究では、基礎研究として直径0.3mmおよび0.5mmの高温水平白金細線を過冷水,CaCl_2水溶液およびエタノール中に0.1〜1.5m/sの一定速度で落下させて浸漬急冷する実験を行い、冷却特性におよぼす落下速度、バルク液温、CaCl_2濃度等の影響を調べた。さらに、水およびCaCl_2水溶液について、一種の電気抵抗法を用いて、浸漬冷却過程における固液接触の同時測定を行い、以下の結論を得た。
1.過渡沸騰曲線には高過熱度域のM1点と比較的低過熱度域のM2点の2つの極小熱流速点が存在する。
2.M1点より高過熱度の領域では固液接触がほとんど認められず、膜沸騰が起こっている。
3.M1点より過熱度が減少すると熱流速が急激に上昇する。
4.M2点より高温域の熱流速とM1点の過熱度は試験液の過冷度、落下速度、CaCl_2濃度の上昇につれて上昇する。
5.M2点の過熱度は過冷度および落下速度によらず一定であり、CaCl_2濃度の上昇につれて上昇する。
6.CaCl_2溶液の使用により、鉄系合金のアモルファス化に重要な温度領域で純水の約2.4倍の平均熱伝達係数が得られる。
ついで、固液接触機構について蒸気膜の流体力学的安定性の観点から理論的に検討し、慣性力支配の液の運動と粘性力支配の蒸気の運動のバランスよって定まる蒸気膜の振動の中立安定点が固液接触開始点に対応することを示した。

研究成果

• [文献書誌] H.Honda,H.Takamatsu,H.Yamashiro,S.Kobayashi: "Heat Transfer Characteristics of Rapid Quenching of Thin Wire in Water" Heat Transfer Japanese Research. 21. 773-791 (1993)
• [文献書誌] 本田博司,高松洋,山城光: "高温細線の浸漬急冷過程における固液接触" 日本機械学会熱工学部門講演会講演論文集. 200-202 (1993)
• [文献書誌] 本田博司,高松洋,山城光: "高温細線の浸漬急冷過程における固液接触と熱起電力の測定" 九州大学機能物質科学研究所報告. 7. 173-180 (1994)
• [文献書誌] 高松洋,本田博司,山城光,藤田隆博: "回転水中防糸における冷却過程のシミュレーション実験" 第31回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 2. 436-438 (1994)
• [文献書誌] H.Honda,H.Takamatsu,H.Yamashiro: "Heat Transfer and Liquid-Solid Contact During Rapid Quenching of Thin Wires in Water and CaCl_2/Water Solutions" Proc.10th Int.Heat Transfer Conf.5. 57-62 (1994)
• [文献書誌] 本田博司,高松洋,山城光: "細線の浸漬急冷過程における極小熱流束点" 日本機械学会熱工学部門講演会講演論文集. 204-206 (1994)