Clarificaion of the relation between wetting front propagation velocity and pool boiling CHF

阐明润湿锋传播速度与池沸腾CHF之间的关系

• 批准号: 21K03895
• 负责人: 小泉 安郎
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: The University of Electro-Communications
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03895/
• 关键词: 沸騰熱伝達; 限界熱流束; 濡れ進展速度; プール沸騰

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だが、限界熱流束を超過すると、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、より高い限界熱流束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。限界熱流束に至るとき、伝熱面からの入熱によって蒸気泡が生成され、その底部に乾き域が形成される。この後、乾き域外縁の固気液三相界線が内向きに移動して、乾き域が消滅すれば、伝熱面温度は飽和温度近くに維持される。一方、乾き域が際限なく拡大すると、伝熱面の冷却が長期間途絶えて温度上昇し、限界熱流束状態に至る。本考察より、固気液三相界線が内向きに移動する速度（濡れ進展速度）が大きい伝熱面では、乾き域が成長しにくいため、CHFが向上すると考えられる。本研究では、常温条件と核沸騰中の両方で、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限界熱流束との関係を調べる。得られた結果より、濡れ進展速度を主要変数とする限界熱流束相関式を開発することを目的とする。このため、様々な濡れ進展速度を有する伝熱面を対象に、限界熱流束及び限界熱流束状態に至るときに気泡底部に形成される乾き域の動的挙動を実験的に調べることを目的として、薄板を伝熱面にするとともに、その底部よりレーザー光を入射することで、試験流体中で核沸騰を生じさせる実験系を構築した。また、本実験装置を用いて、限界熱流束時における伝熱面温度の急上昇を良好に計測可能であることを確認した。また、乾き状態にある伝熱面に試験流体を接触させることで、濡れ進展速度を実験的に定量化できることを示した。以上の手続きにより、各種伝熱面について限界熱流束と濡れ進展速度を個別に計測するとともにその関係を系統的に調査するための準備を整えた。

通过成核沸腾去除热量是一种高效的冷却方法，它表现出极高的传热系数，但是当超过临界热通量时，沸腾模式转移到膜沸腾，导致热传递系数的降低。因此，在世界范围内积极发展具有更高临界热通量值的高性能传热表面。当达到临界热通量时，通过热传递表面的热输入产生蒸汽气泡，并在热的底部形成干燥区域。此后，当干燥区域外边缘的固定液体三相界面线向内移动并且干区消失时，热传递表面温度在饱和温度附近保持。另一方面，如果干燥区域不断扩展，则热传递表面的冷却很长一段时间，从而导致温度升高，从而导致临界热通量状态。基于此考虑，认为CHF将得到改善，因为干区很难在传热面上生长，在传热面上，固体空气三相界面的速度（润湿进展速度）的速度。在这项研究中，分别研究了各种传热表面的润湿进展速率在室温条件和成核沸腾期间测量，并且分别研究了润湿与限制池中的热通量之间的关系。根据获得的结果，目的是开发一个关键的热通量相​​关方程，将润湿进展速率作为主要变量。因此，为了实验研究当热传递表面具有各种润湿和进展速率时，在气泡底部形成的干燥区域的动态行为，构建了一个实验系统，在该系统中，将薄板制成薄板中的热传递表面，激光从热传递表面中入射，从而导致测试液中的核能。此外，使用该实验装置，可以证实可以测量临界热通量期间传热表面温度的突然升高。还显示，可以通过将测试液与干燥状态的传热表面接触来实验量化润湿速率。通过上述步骤，分别测量了各种传热表面的限制热通量和润湿进展速率，并进行了系统的准备工作，以系统地研究各种传热表面的关系。