|
CHFをはるかにこえる高熱流束を実現するにもかかわらず、未だ積極的な利用に至っていない気泡微細化沸騰(以下MEBと略)について、本研究はその発生と安定化の過程を明らかにすることで実用への道を開くことを目的とした。MEBは、気泡崩壊時に発生するマイクロジェットによる液体の伝熱面への強力な供給により、固液接触がCHF以上の高温、高熱流束まで維持されて生じる現象である。まず、気泡挙動の各ステージにおける伝熱面まわりの平均的な液温分布を、条件付きサンプリングにより測定した。気泡の崩壊時には伝熱面中心直上の狭い範囲に高温領域が存在し、気泡の崩壊が伝熱面中央に向かって進行したことを裏付けた。さらに、気泡の最終段階での崩壊速度を求め、それがキャビテーション気泡の崩壊よりはかなり遅いものの、熱流束と供に増加し、20MW/m^2では20m/sに達し、通常のサブクール核沸騰の気泡崩壊に比べ、格段に高速であることを示した。また、そのときの伝熱面の壊食は、MEBが発生すると必ず生じるものではなく、一定時間一定値に保たれる最大熱流束がある値を超えると急激に現れるもので、境界は15MW/m^2あたりにあり、壊食の程度はその熱流束の値に依存することを明らかにした。
MEB発生の最も重要な因子であるサブクール度と流速を変化させて、気泡挙動の周波数特性におけるピーク周波数を求め、それがサブクール度の減少と共に高くなることを明らかにした。また各サブクール度におけるピーク周波数は、MEB発生後の熱流束の増加量に対して直線上に増加することを示し、簡単な整理式を提示するとともに、その式からMEBが発生するために必要とされる限界のサブクール度が20度あたりにあると推定できた。この値はこれまでの実験等と一致する。
|
