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2020 年度 実績報告書

過熱状態崩壊を引き起こす超流動2次元乱流機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K18827
研究機関核融合科学研究所

研究代表者

高田 卓  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (30578109)

研究分担者 村上 正秀  筑波大学, システム情報系(名誉教授), 名誉教授 (40111588)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2021-03-31
キーワード可視化 / PIV / 超流動ヘリウム / 膜沸騰 / 間欠沸騰
研究実績の概要

超流動ヘリウムにおける膜沸騰周りにおけるPIV法による速度場の計測結果をまとめるに至った。当初予定していた中空ビーズによる可視化には成功しておらず、結果的に従来からの固体水素による実験結果を解析するに至った。ヒータ周りに等方的に熱対向流が現れるが、中央部分においては比較的強い上昇流が観測される。また、ノイジー膜沸騰とサイレント膜沸騰の膜沸騰分岐においては蒸気膜の様相が大きく違うため、瞬間値については大きな差が見られるものの、流動をAC成分とDC成分に分解するとDC成分については共通の熱対向流に対する応答が見られるなど、沸騰周りの超流動ヘリウム中の常流動成分の速度場について系統的にまとめられた。
一方で、急拡大流路における過熱状態を伴う間欠沸騰についても実験的研究を進めた。特に液頭圧の効果について特に注力し、間欠沸騰状態の現れる臨界熱流束についてヒステリシスがみられないことを明らかにした。また、過熱状態がチャネルの幾何学形状における重力方向の長さに依存しており、縮小部が飽和蒸気圧曲線を超えていてもヒータの設置された拡大流路部が飽和蒸気圧曲線に到達するまでの間は間欠沸騰を起こさないことが判った。高熱流束域で間欠沸騰から連続沸騰状態への遷移もまた強い液頭圧の影響を受けていることが判明した。高速度カメラを用いた可視化を通じて間欠沸騰中の沸騰様相を明らかにし、間欠沸騰中の気泡が激しく振動している様などを初めてとらえることに成功した。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2020

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] PIV measurement of flow field generated during noisy film boiling in saturated He II2020

    • 著者名/発表者名
      Murakami M.、Takada S.
    • 雑誌名

      Cryogenics

      巻: 108 ページ: 103083~103083

    • DOI

      10.1016/j.cryogenics.2020.103083

    • 査読あり
  • [学会発表] 飽和超流動ヘリウム中の急縮小流路で起こる間欠沸騰現象2020

    • 著者名/発表者名
      高田 卓、岡村 崇弘、濱口 真司
    • 学会等名
      第99回低温工学・超電導学会
  • [学会発表] 飽和超流動ヘリウム中の急縮小流路で起こる間欠沸騰現象における液頭圧依存性2020

    • 著者名/発表者名
      高田 卓、岡村 崇弘、濱口 真司
    • 学会等名
      第100回低温工学・超電導学会

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公開日: 2021-12-27  

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