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1. メニスカスモデルによる気泡成長解析
核沸騰の熱伝達では気泡の成長から離脱、再発生に至る気泡サイクルにおける流動と伝熱の情報が不可欠である.気泡成長はミクロなメニスカス液膜の熱伝導と蒸発、気泡周囲液体の対流、気泡底部の伝熱面内部の熱伝導などの連成伝熱過程に支配される.気泡成長の数値シミュレーションとして、気泡底部のメニスカスにおける熱伝導、気泡球殻部の対流熱伝達を考慮した解析法をALE(arbitrary Lagrangian Eulerian method)-FEM(finite element method)法にもとずいて定式化した.ついで、等温伝熱面の境界条件下の気泡成長に適用し、流動と伝熱の計算結果から熱伝達に対するメニスカス液膜の蒸発寄与が大きいことを定量的に示した.また、伝熱面が通電による一様発熱体の場合の解析を行い、気泡サイクルに同期した伝熱面温度の変動周期や振幅がメニスカス先端の高蒸発速度部分の移動によることを明らかにした.
2. 蒸発メニスカスの流動と伝熱
メニスカスからの蒸発をモデリングするため、傾斜伝熱面を液中に挿入したとき三相界面に形成されるメニスカスを対象に、流動と伝熱の特性を解析と実験から検討した.伝熱面過熱度の条件下で水、エタノール、エチレングリコールの各純成分液と、これらの混合液についてメニスカス液膜内の温度分布をマッハツェンダー干渉計で測定した.温度分布の解析から液膜先端は入熱の半分以上が伝導によるミクロ液膜部、これより後方の厚膜部は自然対流、熱伝導、マランゴニ対流の効果が複合するマクロ液膜部に区分された.また、温度分布の違いからポジティブ混合液とネガティブ混合液では、マランゴニ対流の方向が反転することが判明した.さらに、伝熱面内部の温度測定データから熱伝導逆問題として伝熱面熱流束を推定し、熱伝達係数の測定法を確立し、定量的な実験データを得た.
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