Tomio OKAWA (大川 富雄)

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 3200000, indirect: 960000)
強制対流サブクール沸騰における限界熱流束(CHF)の機構論的予測では、小気泡の合体により形成される大気泡と加熱壁の間に薄液膜が形成され、これが消失すると壁温の急上昇を開始すると仮定する。これをLiquid Sublayer Dryoutモデル（以下LSDモデルと称する）と呼び、広範囲の実験条件で得られたCHFデータをよく予測することが知られている。ここで、LSDモデルに基づくCHFの予測では、大気泡の長さLB、大気泡の上昇速度UB、薄液膜の厚さdの三つを適切に与える必要があるが、これらの物理量に関する実験情報は現状では皆無に近い。このため、既存のLSDモデルでは、まず開発者が適当と考える方法でLB,UB,dを評価した上でCHFを計算し、CHFの計算結果を実験データと比較することでモデルの妥当性を検証している。この場合、CHFの計算値が実験データと一致していても、LB,UB,dの各々を正確に評価できている保証はない。この意味で、既存のLSDモデルは経験則の範疇を出ていない。したがって、通常の経験的相関式と同様に、モデル開発に用いた実験データベースの条件範囲外では、大幅な予測精度の低下を覚悟する必要がある。そこで本研究では、透明伝熱面、IRカメラ、高速度カメラ、レーザー変位計を用いた強制対流サブクール沸騰実験装置を構築するとともに実験データの収集作業を実施し、CHF状態に移行するときの熱流動状態がLSDモデルの想定と整合することを確認した。また、基本的な実験条件において、LSDモデルの根幹となる三つの物理量、すなわちLB,UB,dが計測可能であることを実証した。

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 3300000, indirect: 990000)
核沸騰による除熱は、きわめて高い熱伝達率を示す高効率の冷却手法であり、その応用が様々な分野で期待されている。ただし、限界熱流束（CHF）を超過すると、沸騰様式が膜沸騰に移行して、熱伝達率が大きく低下する。このため、より高いCHF値を示す高性能伝熱面の開発が、世界各所で精力的に行われている。本研究では、伝熱面の表面性状によってCHF値が大きく変化する主要因と考えられる因子として、各種伝熱面の濡れ進展速度を計測し、別途計測するプール沸騰CHFとの関係を調べる。得られた結果より、濡れ進展速度を主要変数とするCHF相関式を開発することを目的としている。本研究により、伝熱実験をせずとも、各種伝熱面のCHFを予測することが可能となるため、CHF向上化方策の方向性が明確となり、より高いCHFを示す高性能伝熱面の開発を、効率的に行うことが可能となると期待できる。本研究の初年度である令和3年度には、様々な伝熱面に対して、濡れ進展速度とCHFの計測を可能とするため、板状の伝熱面を設置可能な試験容器を製作するとともに、その下部に高強度のレーザー光を照射することで、沸騰開始から限界熱流束に至るまでの範囲で、沸騰曲線を得るための準備を整えた。また、通常の伝熱面を用いてプール沸騰実験を実施することにより、広く知られている核沸騰熱伝達相関式とよく一致する結果が得られることを確認した。これより、本実験装置により、十分に高精度の実験を実施可能であることを確認した。