| 研究課題/領域番号 |
20K04315
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| 研究機関 | 兵庫県立大学 |
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研究代表者 |
河南 治 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (20382260)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 沸騰 / 限界熱流束 / 非共溶性 / 混合媒体 / プール沸騰 |
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| 研究実績の概要 |
高密度低沸点媒体（FC-72）と低密度高沸点媒体（水）の組み合わせからなる非共溶性混合媒体を用いた沸騰伝熱における限界熱流束（CHF）の基礎的知見が不足している現状を打破するため、本年度も流速０の場合を模擬したプール沸騰実験によるCHF測定を実施した。昨年までの実験から、高密度低沸点媒体の液高さに依存してCHFが変化することが明らかであるが、その原因や詳細は不明であった。今年度は、高密度低沸点媒体の液高さを伝熱面を基準として、-3mmから10mmまで変化させて実験を行った。伝熱面は平滑面で沸騰容器底部に上向きとし、容器内圧力は大気圧である。
実験結果より、FC-72の液高さが1mm以下の場合、伝熱面より下の液位であっても、CHFは変化せず、同条件の場合の水のCHFに対して、およそ２倍のCHF値が得られた。さらに、FC-72の液高さが3mm以上の場合は、液高さが高くなるとCHFが低下し、5mmおよび8mmの場合は同条件における水のCHFと同程度になった。８mm以上の場合は、FC-72から水の沸騰形態に遷移する沸騰冷媒遷移が生じることなく、FC-72の沸騰のみで終了することが多く、この時はFC-72のCHFと同程度となった。
これらの結果より、（１）非共溶性混合媒体を用いたプール沸騰において、CHFは高密度低沸点媒体の液高さの影響を受けること、（２）液高さが伝熱面よりも低い、つまり伝熱面上に高密度低沸点媒体が存在しない場合にも、系のなかに高密度低沸点媒体が存在していれば、高いCHFが得られること、（３）CHFは本条件内では最大で水の２倍程度であること、が明らかとなった。また、これらの結果は、伝熱面直上の温度によって、伝熱面上のFC-72と水の存在割合を考慮した新しいCHFモデルとして検討し、実験結果を説明できることを示すことができた。
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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
プール沸騰ではあるが、非共溶性混合媒体の限界熱流束について、初めて実験結果を説明できるモデルを考案した。また、「伝熱面上に高密度低沸点媒体が存在しない場合にも、系のなかに高密度低沸点媒体が存在していれば、高いCHFが得られる」という、非常に重要な知見も獲得できた。
一方で、強制対流沸騰実験については遅れているが、上述の結果をもとに、強制対流沸騰実験用の新しい副流路構造の設計を完了し、現在製作中である。
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| 今後の研究の推進方策 |
現在、製作中の新しい副流路構造を用いて、強制対流実験を実施する。
新たな流路構造は、非加熱区間を設けながらも非常にシンプルなものであり、加熱部入口から加熱部出口まで高密度低沸点媒体の液相を維持できると期待される。流路高さも、1mm, 2mm, 5mmの三通り作成した。6月中に納品予定であり、納品次第、実験を実施する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ禍による学会参加や情報収集のための調査などの旅費が必要がなくなり、そのための予算が余剰となったこと。
また、プール沸騰実験を主たる実験項目として実施したため、予定よりも実験冷媒の購入量が抑えられ、物品費が余剰となた。
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