| 研究課題/領域番号 |
16360428
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| 研究機関 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
仲井 浩孝 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助手 (00188872)
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| 研究分担者 |
木村 誠宏 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 講師 (10249899)
槙田 康博 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教授 (30199658)
永井 大樹 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70360724)
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| キーワード | 超流動ヘリウム / 超伝導電磁石 / 宇宙空間 / 冷却技術 / 熱伝達 |
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| 研究概要 |
飽和超流動ヘリウムで冷却される超伝導磁石で普遍的に観測される2次元狭小流路中の超流動ヘリウムの膜沸騰を光学窓付クライオスタットを使用して可視化し、膜沸騰についての研究を行なった。この研究から、蒸気相の急速な成長に伴ってViscus fingering現象を形成することがあり、混相挙動の効果によって高い熱伝達が得られる可能性があることが明かになった。狭小流路では流体の流れにおいて粘性が支配的となり、超流動ヘリウムでも超流動成分と常流動成分が一緒に動く。可視化画像の解析から、狭小流路内での蒸気速度は数m/sとなり、超流動成分と常流動成分の相対速度(10cm/s程度)よりも圧倒的に大きいことが分った。そのため、臨界速度以上の蒸気速度では気液界面の運動が不安定となり、Viscus fingering現象が現われると考えられる。また、高速度カメラの画像の解析から、蒸気膜とは別に、いわゆる過熱された準安定状態の飽和超流動ヘリウムの発現を初めて可視化した可能性がある。
また、衛星などの宇宙機では、搭載機器の高密度化に伴う発熱密度の増大と小型化による排熱システムの複雑化が懸念されるため、大量の熱輸送が可能であり、軽量かつ信頼性の高い熱制御デバイスであるループヒートパイプ(LHP)が必要不可欠となっている。LHPの微小重力下での挙動に関する知見を得るため、LHPの重力による作動特性に着目した実験を行なった。トップヒートおよびボトムヒートでは、ある熱入力以上においては一旦起動した後は水平時と変らない熱輸送能力を示し、安定した作動が確認されたが、ボトムヒートでは、低熱入力時に不安定な作動を示す場合も観測された。これは、起動時に蒸発器出口に液が溜り、蒸気の流路を塞いでいたためであると考えられる。したがって、微小重力下におけるLHPの起動は液体の初期分布に大きく依存していることを示している。
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