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2023 年度 実績報告書

伝熱面微細構の三次元多孔質造形と表面改質技術による冷却限界の飛躍的向上

研究課題

研究課題/領域番号 21K04945
研究機関早稲田大学

研究代表者

古谷 正裕  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80371342)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード沸騰熱伝達 / 限界熱流束 / 付加造形 / 多孔質体 / 旋回流 / 急冷凝固 / 多孔質
研究実績の概要

昨年度に引き続き改良した沸騰伝熱設備を用いて、プール沸騰熱伝達実験を行った。模擬炉心構造材としてステンレス鋼を溶融して水中で凝固させたフレーク状物質と、対比に用いた直径10 mmのステンレス球は伝熱面上に堆積することで限界熱流束が30%程度低下した。これは気泡の離脱を抑制し、伝熱面を乾燥させやすいことが原因と考えられる。一方で、フレーク状物質とステンレス球に親水性を付与することで、堆積物の高さが高くなるに伴い、限界熱流束は一転して増大し、高さ100 mmの場合に30%程度上昇した。可視観察の結果、複雑構造により気泡の合体が抑制され、界面積濃度が大きくなることから、循環流量が増大し、伝熱面への液供給が増加したことが限界熱流束の増大要因と考えられる。
またピッチの異なる螺旋構造を三次元付加造形し、伝熱面上に設置してプール沸騰熱伝達実験を行った。ピッチが長い場合には限界熱流束を40%程度増大させる効果があるが、ピッチが短くなると限界熱流束の向上効果は20%程度となり、ピッチには最適値が存在する。ピッチが短いと旋回力が強くなることが期待できるが、気泡の離脱を抑制し、旋回構造内に気泡が停滞する様子が観察された。
これまでの成果を基に、ハニカム多孔質プレートと格子構造を組み合わせることで、限界熱流束は約3倍に増大した。付加造形による複雑構造と濡れ性の改善などが限界熱流束を向上させる効果を定量的に把握した。以上の成果は令和5年度加納達也氏の修士論文と2件の論文にまとめた(1件は掲載済み)。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Enhancement of critical heat flux with additive-manufactured heat-transfer surface2024

    • 著者名/発表者名
      Kano Tatsuya、Ono Rintaro、Furuya Masahiro
    • 雑誌名

      Nuclear Engineering and Technology

      巻: 24 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1016/j.net.2024.02.005

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] デブリベッド冷却特性における親水性の影響2024

    • 著者名/発表者名
      加納達也
    • 学会等名
      日本原子力学会2024年春の年会
  • [学会発表] 金属細線の液保持構造によるプール沸騰限界熱流束の向上2023

    • 著者名/発表者名
      加納達也
    • 学会等名
      第60回日本伝熱シンポジウム

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公開日: 2024-12-25  

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