二成分流体の沸騰における特異な気液構造発現およびCHF促進の機構解明

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16K06103
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 坂下 弘人 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00142696)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 二成分水溶液 / 限界熱流束 / 可視化測定 / 沸騰 / ドライアウト

研究成果の概要

水に微量のアルコールを添加した二成分水溶液を沸騰媒体として用いるとCHFは飛躍的に促進される．この促進機構を解明するために，水，各種アルコール(2-プロパノール，ブタノール，ペンタノール)および表面活性剤(triton-X)水溶液の沸騰様相を，透明伝熱面を用いて可視化測定を行った．その結果，アルコール水溶液では，伝熱面上のドライアウトの拡大が大幅に抑制され，Triton-X水溶液では水の沸騰とほとんど差の無いことが判明した．このことから，二成分水溶液によるCHF促進は，伝熱面近傍に形成される不均一なアルコール濃度場に起因する伝熱面ドライアウトの抑制によることが明らかとなった．

自由記述の分野

伝熱工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

沸騰の除熱限界である限界熱流束(CHF)は，微量のアルコールを添加することで大きく促進されるため，高熱流束機器の沸騰除熱媒体として利用できる可能性がある．しかし， CHF促進機構は明らかになっていなかった．本研究では，透明伝熱面を用いた可視化測定により，伝熱面上の乾燥領域の拡大がアルコールの添加により大幅に抑制されることがCHF促進をもたらしていることを明らかにした．また，炭素数4以上のアルコール水溶液は極めて低濃度でCHFの大幅な促進をもたらす，効率的なCHF促進媒体であることを明らかにした．