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/water nanofluid吉田 亨次*; 真田 雄介*; 山口 敏男*; 松浦 直人*; 玉造 博夢; 内山 裕士*
Journal of Molecular Liquids, 366, p.120218_1 - 120218_9, 2022/11
被引用回数：1 パーセンタイル：15.15(Chemistry, Physical)The translational, rotational, and phonon dynamics of water in zirconium oxide (ZrO) nanofluid were investigated by quasi-elastic neutron scattering, 
O NMR relaxation, and inelastic X-ray scattering, respectively. The particle size of ZrO is 3 
100 nm, and the concentration of ZrO nanoparticles is 5, 10, 20, and 30 wt%. The translational and rotational motions of water molecules become retarded with increasing the concentration of ZrO. This indicates that there is an attractive interaction between water molecules and the surface of the nanoparticles. The high-frequency sound velocity of the nanofluid obtained from phonon dynamics measurements is slightly larger than that of pure water although it is not much difference compared to the case of the translation and rotation. These findings indicate that water dynamics in the nanofluid is different from that of the bulk. It might be reasons for the enhancement of the thermal conductivity of the nanofluid.
上澤 伸一郎; 小野 綾子; 小泉 安郎; 柴田 光彦; 吉田 啓之
日本機械学会熱工学コンファレンス2018講演論文集(USB Flash Drive), 6 Pages, 2018/10
核沸騰による高効率除熱には限界があり、その限界熱流束(CHF)を超えると冷却体伝熱面温度は急激に上昇し、伝熱面が焼損することが知られている。そのCHFを向上させるためナノ粒子を流体へ添加したナノ流体が注目を集めている。そのCHF発生機構解明において、伝熱面上の乾き面の形成が主要因であると考えられており、伝熱面上に形成した析出ナノ粒子層がCHFを向上させていることが示唆されているが、ナノ流体における乾き面の動的挙動は十分に明らかにされていない。本報では、水深を浅くしたプール沸騰実験を実施し、沸騰面上部から乾き面の目視観察と伝熱面面裏側から赤外線カメラを用いた伝熱面温度瞬時分布計測の実施により、既存研究の析出層が付着しない場合のCHF発生機構と同様に、伝熱面上で乾き面が形成後、乾き面周囲への熱伝導量上昇に伴う沸騰活性化による高熱流束域形成により液損耗が激しくなり、乾き面が拡大し、ついにはCHFに至ることを明らかにした。
上澤 伸一郎; 小泉 安郎; 柴田 光彦; 吉田 啓之
Thermal Science and Engineering, 25(2), p.17 - 26, 2017/04
東京電力福島第一原子力発電所事故時の海水注入が伝熱流動へ与える影響を理解するため、伝熱面上の海水塩析出物が沸騰熱伝達へ与える影響の把握を目的とした海水プール核沸騰熱伝達実験を実施した。また、伝熱面に析出物が伴うという共通点を持つナノ流体のプール核沸騰熱伝達実験も実施し、両流体の熱伝達機構の共通点と相違点について議論した。その結果、海水では特定の熱流束を境に一定の熱流束であるにもかかわらず、伝熱面温度が非定常に増加し、限界熱流束の低下が示された。ナノ流体については蒸留水よりも高い熱流束で伝熱面焼損を起こしており、既存研究と同様に限界熱流束の向上を示唆した結果が得られた。この違いは伝熱面上の析出物の構造の違いによるものと考えられる。海水の場合、析出物は熱伝導率の低い硫酸カルシウムであり、時間とともに析出層が厚くなることを確認された。その析出層厚さが増加することで熱抵抗が増加し、熱伝達率ならびに限界熱流束が低下したと考えられる。ナノ流体の場合には、伝熱面上にナノ粒子層が析出したが、その表面は、海水塩析出物とは異なり、多数のマイクロスケールの溝が形成されていることが確認された。その溝を通して液が伝熱面に供給されることで、限界熱流束が向上したと推定される。このように、海水とナノ流体では、共に析出物を伴う流体であっても、その析出物の構造の違いによって沸騰熱伝達へ与える影響は異なる。
上澤 伸一郎; 小泉 安郎; 柴田 光彦; 吉田 啓之
第53回日本伝熱シンポジウム講演論文集(CD-ROM), 8 Pages, 2016/05
東京電力福島第一原子力発電所事故時の海水注入が伝熱流動へ与える影響を理解するため、伝熱面上の海水塩析出物が沸騰熱伝達へ与える影響の把握を目的とした海水プール核沸騰熱伝達実験を実施した。また、伝熱面に析出物が伴うという共通点を持つナノ流体のプール核沸騰熱伝達実験も実施し、両流体の熱伝達機構の共通点と相違点について議論した。その結果、海水は蒸留水と同等の熱流束で、伝熱面が伝熱面焼損した一方で、ナノ流体については蒸留水よりも高い熱流束で伝熱面焼損を起こしており、限界熱流束の向上を示唆した結果が得られた。この要因として、伝熱面上に析出したナノ粒子層の表面に存在する多数のマイクロスケールの溝によって、より多くの液が伝熱面に供給されたためと推定される。対して、海水では特定の熱流束を境に一定の熱流束であるにもかかわらず,伝熱面温度が非定常に増加した。これは海水塩として析出した硫酸カルシウムの熱伝導率が低く、その析出物が伝熱面上で成長し、厚くなるからである。このように、共に析出物を伴う流体であっても、海水とナノ流体では沸騰熱伝達へ与える影響は異なる。特に海水では、伝熱面に析出する海水塩によって熱伝達率が小さくなることが明らかにされた。
荒 邦章; 宮本 明*; 永井 正彦*; 吉岡 直樹*
no journal, ,
これまで通常運転時における事故に加えて、設計基準を超える事故に対してのナノ粒子分散ナトリウムの効果の評価を進めており、その研究計画について述べる。
斉藤 淳一; 永井 桂一; 荒 邦章
no journal, ,
ナノ粒子分散ナトリウム(以下、ナノ流体)による高速炉の安全性向上に関する研究を進めている。本報ではこれまでの研究の進捗状況について報告するとともに、ここまでの成果を総括する。
永井 桂一; 斉藤 淳一; 荒 邦章
no journal, ,
ナトリウムと水反応との現象について、ナノ流体(ナノ粒子分散ナトリウム)の反応抑制に係わる特性や効果を明らかにするとともに、実炉への適用効果の評価について報告する。
荒 邦章; 宮本 明*; 山下 晃弘*; 栗田 晃一*
no journal, ,
ナノ粒子分散ナトリウム(ナノ流体)による冷却材ナトリウムの化学的活性度抑制技術を用いた高速炉の安全性向上を目指している。従来の設計基準を超える厳しい事故を想定したナノ流体技術の開発および適用性評価を進めており、これまでに明らかになったナノ流体の適用効果等について報告する。
斉藤 淳一; 永井 桂一; 荒 邦章
no journal, ,
これまでに得られたナノ流体の反応抑制効果に関する知見を整理して、ナトリウム漏えい燃焼事故におけるナトリウムの事象進展、反応特性の違いについて検討した。
永井 桂一; 斉藤 淳一; 荒 邦章
no journal, ,
ナノ粒子分散による反応抑制効果へ寄与する機能について、燃焼反応に起因して生じるナトリウム-コンクリート反応のナトリウムとナノ流体の反応挙動の変化と抑制効果について考察し、その検討結果を報告する。
斉藤 淳一; 永井 桂一; 荒 邦章
no journal, ,
ナトリウム漏えい燃焼とライナ鋼材の破損に続いて起こるナトリウム-コンクリート反応の反応挙動をナノ粒子分散ナトリウムのナノ粒子とナトリウムの原子間相互作用に起因する物性変化から反応抑制メカニズムを推測する。
永井 桂一; 大高 雅彦; Tei, C.
no journal, ,
高速炉の冷却材ナトリウムの化学的活性度を抑制しうる新概念として、金属ナノ粒子分散によるナトリウムとナノ粒子表面で生じる原子間相互作用を応用した技術(ナノ流体)開発を進めている。本開発に当たり、液体金属ナトリウム中での金属ナノ粒子の分散性向上を目的とした物理的分散手法によるナトリウムへの適用課題把握とナノ粒子分散要件について検討し、その検討結果を報告する。
永井 桂一; Tei, C.; 大高 雅彦
no journal, ,
高速炉の冷却材として使用されているナトリウム(Na)の伝熱流動性を維持しつつ、化学的活性度を制御(抑制)することを狙って、ナノメートルサイズの金属超微粒子(ナノ粒子)を少量安定分散させたNa(ナノ流体)の開発を進めている。本開発に当たり、Na中でのナノ粒子の分散性向上の一手法として、水分散等液相中でのナノ粒子分散に多く用いられている湿式ビーズミルを適用するに当たって実験によるNaへの適合性(Na中での分散状態の確認等)の観察結果について報告する。
