気泡微細化沸騰の伝熱機構の解明及び高負荷電子デバイスの超項熱流束除熱技術への応用

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550200
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 鈴木 康一 東京理科大学, 理工学部, 助教授 (10089378)
• Keywords: サブクール流動沸騰 / ミニチャンネル / 遷移沸騰 / 高サブクール度 / 管内流速 / 気泡微細化沸騰 / 高熱流束 / 固液接触回数

Research Abstract

高さ17mm、幅12mmの矩形管流路の底面中央に10mm×10mmの伝熱面を設置し、サブクール度40〜50K,流速0.5m/sで水のサブクール流動沸騰を行った。遷移沸騰域で気泡微細化沸騰が発生し7MW/m^2を超える超項熱流束が得られた他、次のことが明らかになった。
1.周期性のある気泡微細化沸騰では、周波数に比例して直線的に熱流束が増加する。周波数が1秒間の固液接触回数と考えることができる。
2.周期性のある気泡微細化沸騰において、伝熱面上の気泡挙動と伝熱面付近の圧力変動の同期観察から、伝熱面上の合体気泡が崩壊するときに高い圧力波の生じることが分かった。これはキャビテイション気泡の崩壊時に発生する高い圧力波と同様のメカニズムと考えられる。
3.高過熱度側の気泡微細化沸騰では、薄い蒸気膜が伝熱面を覆い連続的に微細気泡を放出する静かな気泡微細化沸騰が見られ、その後伝熱面が乾き急速に膜沸騰に移行することが確認された。
円管流路の水の流動沸騰を円管直径5mm、10mm、16mmの3種類についてサブクール度30K、流速0.25m/s〜2.5m/sについて行った。伝熱面は何れも円管に長さ10mmとした。矩形管の場合と同様に遷移沸騰域で気泡微細化沸騰が発生し、流速0.5m/s以上で通常の限界熱流束を超える高い熱流束が得られ、2.5m/sでは10MW/m^2近くまで達した。サブクール液の流速が熱流束の増加に大きく影響し、流速の高い領域では気泡の凝縮効果よりも気泡がながれにより除去される効果の方が大きいようである。
円管流路においても矩形管と同様に周期性のある気泡微細化沸騰が発生し、熱流束は周波数に比例して直線的に増加する。周波数が1秒間の固液接触回数と考えることができる。

Research Products

• [Publications] 花折 洋量, 鈴木 康一: "水の水平矩形管内サブクール流動沸騰に関する研究(気泡挙動の観察)"第40回 日本伝熱シンポジウム 講演論文集. Vol.I. 115-116 (2003)
• [Publications] 河田 良, 鈴木 康一: "円管流路のサブクール流動沸騰における遷移沸騰特性"日本機械学会関東支部創立10周年記念第10期総会講演会講演論文集. 407-408 (2004)
• [Publications] Koichi SUZUKI, Ryo KAWADA: "ON SUBCOOLED FLOW BOILING WITH MICROBUBBLE EMISSION IN A HORIZONTAL CIRCULAR CHANNEL"Proceedings of the 1 st International Symposium on Micro-Nano Technology. No.020217 (2004)