| 研究課題/領域番号 |
17K06217
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
劉 維 九州大学, 工学研究院, 准教授 (70446417)
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| 研究分担者 |
小泉 安郎 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 客員研究員 (20215156)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 限界熱流束 / 発生機構 / 強制流動 / メカニズム / 液膜底層 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、強制流動サブクール沸騰条件での限界熱流束(Critical Heat Flux, CHF)の発生機構を理解するために、最先端可視化技術技術を高熱流束条件の強制流動サブクール沸騰CHF条件に応用する技術を開発し、CHF発生直前の壁近傍の気液構造を観察し、CHF発生機構を明確化すると共に、モデルの詳細検証に必要な細部データを計測し、強制流動サブクール沸騰条件でのCHFモデルを検証することを目的とする。
平成３０年度は、まず、CHF試験体を製作した。試験体は、幅8 mmの正方形流路であり、その加熱長さは250 mmである。加熱ヒータの容量は10kWで、間接発熱により流路の片面を加熱する。CHF時加熱壁近傍気液構造観察できるように、加熱面以外の三方向はガラス張りで観察可能な構造である。試験体の加熱面は下向きから垂直になるまで試験体の設置角度が変更可能としている。
また、平成29年度に続き、CHF時加熱壁近傍気液構造観察実験のために、ミクロンオーダーの解像度を達成できるように光学システムの開発を進めた。長距離顕微レンズQUESTARをPhotron高速度カメラと組み合わせて、最大2ミクロン/pixelの高解像度を達成できる見込みが得られた。QUESTARの他、Leicaレンズの性能も確認したが、QUESTARレベルの解像度を達成できなかった。
加熱壁近傍液膜底層の有無の確認に関して、レーザー光減衰測定システムを検討したが、本試験体の間接発熱体系での適用が難しいと判明したため、試験体出口付近の伝熱面表面の極近い伝熱体内部に極細熱電対を設置し、液膜ドライアウト時特有な伝熱面温度の降下を取得することにより、気泡底層液膜の存在を確かめる方策を採用した。
以上の研究活動により、強制流動サブクール沸騰条件でのCHF実験及びミクロンオーダーな観察データの取得が可能になり、研究を確実に進めた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
強制循環ループ及びCHF試験体を製作し、強制流動サブクール沸騰条件でのCHF実験が可能になった。また、長距離顕微レンズQUESTARをPhotron高速度カメラと組み合わせた高解像度光学システムの開発により、CHF時加熱壁近傍観察により壁近傍の気液構造に関するミクロンオーダーな観察データの取得に見込みが得られた。さらに、試験体出口付近（CHF発生位置）の伝熱面表面から0.2ｍｍの伝熱体内部に極細（直径0.1mm）熱電対を設置し、CHF液膜ドライアウト時特有な伝熱面温度の降下を取得することによって、CHF時加熱壁近傍液膜底層の存在を確かめる方策を新たに採用した。
以上により、次年度の強制流動サブクールCHF実験及びCHF時壁近傍の気液構造に関するミクロンオーダーな観察データの取得が可能となり、研究が順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成３１年度は、CHF試験体を水循環ループに設置し、強制流動サブクールCHF実験を実施する。開発したミクロンオーダー解像度の学システムを用いて、CHF時加熱壁近傍観察により壁近傍の気液構造に関するミクロンオーダーな観察データを取得すると共に、CHF時伝熱面表面から0.2 mm の伝熱体内部に極細熱電対による記録した温度変化から、気泡下液膜底層の存在を確かめる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度CHF実験実施に当たって、試験安全保護システムの構築やたくさんの消耗品の使用が必要と考えられたため、出張旅費等の極力のカットにより資金最適化し経費を節約できたため、当初の見込み額と執行額は異なったが、研究計画に変更はなく、当初予定通りの計画を進めていく。
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