限界熱流束既存モデルの適用限界と新機構の探求

临界热通量：现有模型的应用限制和新机制的探索

基本信息

批准号：
09650226
负责人：
横谷定雄
金额：
$ 2.05万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

沸騰熱伝達における限界熱流束(CHF)の存在は,応用熱機器の熱的破壊に関連した重要現象であるが,その発生機構を説明する有力な学説としてマクロ液膜消耗モデルがある.このモデルは,合体気泡の加熱面滞留時間が,合体気泡底面に存在する液膜の消耗時間より長くなると,加熱面に乾燥が生じ,加熱面の急激な温度上昇をもたらすとするもので,従来,飽和沸騰においてはCHF現象をよく説明することが知られている.しかし,液体の温度が飽和温度よりも低いサブクール沸騰においては,気泡蒸気の凝縮が気泡の成長と離脱を抑制し,極端な場合には,合体気泡の離脱が見られないことがある.しかるに,サブクール沸騰にあってもCHFは現実に観察されることから,マクロ液膜消耗モデルの有効性に関して疑問が提起されていた.本研究では,水平銅製加熱面上の水の沸騰実験を,飽和条件から高サブクール条件まで広く水温を変えて行い,サブクールによるCHFの変化を測定すると共に,高速ビデオを用いて気泡(合体気泡)の生成と離脱の様子を観察し,マクロ液膜消耗モデルの有効性について実験的検討を行った.その結果,マクロ液膜の消耗時間と対比される合体気泡の成長・離脱に関わる時間として,従来採用されていた合体気泡の離脱周期ではなく,加熱面を覆う合体気泡の形成時から離脱開始時(周囲から加熱面への液体供給が始まる時間)までの時間間隔をとり,従来は物性値のみで定まるとされていた加熱面の液体被覆割合に関係する項が熱流束に比例して変化すると考えることによって,少なくとも低サブクール条件下のCHF現象はマクロ液膜消耗モデルで説明しうることを明らかにすることができた.なお,高サブクールにおいては,加熱面全体を覆うような合体気泡の成長はなく,このモデルの前提が成立しない.

沸腾传热中临界热通量（CHF）的存在是与应用热工设备热击穿相关的重要现象，宏观液膜消耗模型是解释其产生机理的一个有影响力的理论。该模型就是聚结气泡当在加热表面上的停留时间变得比存在于聚结气泡底部的液膜的消耗时间长时，在加热表面上发生干燥，导致加热表面上的温度快速升高。通常，在饱和沸腾中。，CHF现象的发生就很好地解释了。然而，在过冷沸腾中，液体温度低于饱和温度，气泡蒸气的冷凝抑制了气泡的生长和分离，并且在极端情况下，没有观察到合并气泡的分离。然而，由于CHF实际上是存在的。即使在过冷沸腾中也观察到，从饱和条件到高过冷条件进行的宏观液膜消耗模型的有效性也受到了质疑。除了测量过冷引起的CHF变化外，我们还利用高速视频观察气泡（合并气泡）的形成和分离，并通过实验研究了宏观液膜消耗模型的有效性。结果，我们发现聚结气泡的生长和分离所涉及的时间，与宏观液膜的消耗时间相比，并不是基于过去采用的聚结气泡的分离周期。，但是从覆盖加热表面的聚结气泡形成的时间开始（从周围环境加热）。取到向表面供给液体的时刻（开始向表面供给液体的时刻）为止的时间间隔，并考虑与以往求出的加热面的液体覆盖率相关的项。仅通过物理性质值与热通量成比例的变化，我们就能够证明至少在低过冷条件下的CHF现象可以用宏观液膜消耗模型来解释。此外，在高过冷条件下，有没有覆盖整个加热表面的聚结气泡的生长；模型的假设不成立。