超電導マグネットの冷却に関する流動と伝熱の包括的研究

1988 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63050045
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 伊藤 猛宏 九州大学, 工学部, 教授 (20037740)
• 研究分担者: 福田 研二 九州大学, 工学部, 助教授 (90117234) ; 高田 保之 九州大学, 工学部, 助教授 (70171444) ; 大久保 英敏 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (80152081) ; 塩津 正博 京都大学, 原子エネルギー研究所, 助教授 (20027139) ; 桜井 彰 京都大学, 原子エネルギー研究所, 教授 (20027121)
• キーワード: 核沸騰熱伝達 / 極小熱流束 / ヘリウム / 過渡プール沸騰 / 超電導体 / 動的安定性 / 超臨界圧ヘリウム / 流動不安定

研究概要

1.プール沸騰の限界条件の基本的生活とその制御 昨年度一般化した低熱伝導性材料被覆層の効果を最大限利用する方法を見いだすことを目的として、低熱伝導性伝熱面表面粗さの影響を検討した。その結果、粗さを付加することによって核沸騰熱伝達を促進する効果は顕著には認めれないものの、極小熱流束点条件を増大させる効果があることが確認できた。
2.ヘリウムの過渡プール沸騰の総合伝熱特性 Hel冷却超電導マグネットにおけるパリス状熱入力に対する過渡冷却特性を評価する目的から、step入力に対する定常臨界熱流束を越えて存在する準定常核沸騰熱流束q_Sと、その寿命t_Lの関係を、大きい熱容量をもった発熱体を用いて明らかにした。この結果、現象の速いq_Sの大きい領域で、従来のSteward、Schmidt等の結果よりt_Lが約3倍程度大きい値をもつことが、大気圧下で明らかにされると共に、任意の非定常熱入力に対し、液側への投入エネルギーに依りt_Lが評価しうる可能性を示した。3.プール沸騰冷却超電導体の動的安定性 プール沸騰冷却される超電導体の動的安定性を解析するために、超電導体としてNbTiフィラメントを持つ導体を選び、特定の電流に対して任意の矩形状の温度分布を設定し、このような初期条件の下に一次元非定常熱伝導方程式を数値的に解いて導体の温度応答を求め、導体がクエンチに至るか、超電導状態に復帰するかを調べた。その結果、超電導体の動的安定性は初期エネルギーの値のみでなく、それの分布形状に依存することがわかった。さらに動作電流の影響も確認された。4.超臨界圧ヘリウムの流動安定性 超臨界圧ヘリウム流動不安定現象を解析するため、(1)特性曲線法を用いた非線型解析コード,(2)特性曲線法を用いた線型解析コード、(3)差分法を用いた線型解析コードを作成中である。(3)は既に完成し、流動不安定解析を行った。これにより、熱発生が大きくなると密度波不安定が発生することがわかった。更に、超臨界圧ヘリウム流動不安定実験装置を製作し、大気圧下での予備実験を行った。

研究成果

• [文献書誌] Takehiro Ito,;Hiromi Kubota.: Japan-U.S.Seminar on Basic Mechanisms of Helium Heat Transfer and Related Influence on Stability of Superconducting Magnets (Version 2). 107-114 (1988)
• [文献書誌] Takehiro Ito,;Hiromi Kubota;Akitaka Makino.: 6th International Conference on Numerical Methods for Thermal Problems. (1989)
• [文献書誌] G.R.Chandratilleke,;Shigefumi Nishio,;and Hidetoshi Ohkubo.: Japan-U.S.Seminar on Basic Mechanisms of Helium Heat Transfer and Related Influence on Stability of Superconducting Magnets. 11-18 (1988)
• [文献書誌] G.R.Chandratilleke,;Shigefumi Nishio ,;and Hidetoshi Ohkubo.: Cryogenics. (1989)
• [文献書誌] A.Sakurai,;M.Shiotsu,;K.Hata,;Y.Takeuchi.: Cryogenics. 29. (1989)
• [文献書誌] M.Shiotsu,;K.Hata;A.Sakurai.: Cryogenics. 29. (1989)
• [文献書誌] 近藤哲也、福田研二、長谷川修、西義久、狩野透: 日本機械学会論文集 B編. 54. 3112-3117 (1988)
• [文献書誌] 近藤哲也、福田研二、長谷川修、山田英明、笠浩之: 日本機械学会論文集 B編. 54. 722-727 (1988)
• [文献書誌] T.Kondo.;K.Hukuda.;S.Hasegawa.: Proc.Ist.KSME-JSME Thermal and Fluids Enginerring Conf.2. 194-199 (1988)