Forced convection heat transfer to supercritical fluids

超臨界流体の強制対流熱伝達

塩津 正博*; 達本 衡輝; 白井 康之*

Shiotsu, Masahiro*; Tatsumoto, Hideki; Shirai, Yasuyuki*

超臨界ヘリウム冷却のCICC導体の冷却設計において、超臨界圧状態のヘリウムの強制対流熱伝達に関する正確な知見が必要である。われわれは、超臨界ヘリウムにより冷却した水平ダクト内の平板発熱体からの強制対流熱伝達に関する実験を行った。その結果から、超臨界と亜臨界状態の超流動ヘリウム(HeII),超臨界と亜臨界状態の常流動ヘリウム(HeI)において、異なる冷却モードが存在することを明らかにした。一方、水やCOといった低温流体以外の流体では、超臨界圧状態での実験データや熱伝達相関式は数多く存在している。それらのほとんどが、われわれが用いたヒータより十分長いヒータを使用しており、臨界温度に対するヒータ表面温度の増加率は、ヘリウムの場合に比べて非常に小さい。本研究では、超臨界ヘリウムでのわれわれの実験結果をこれまでの水やCOでの相関式と比較検討した。ヘリウムの実験データは、これまでの相関式では表すことが不可能であることがわかった。さらに、これらの相違に対する検討を行い、超臨界流体に対する新しい強制対流熱伝達相関式を導出した。

In designing a superconducting coil wound with Cable in Conduit Conductor cooled by supercritical helium, accurate knowledge of heat transfer in forced flow of He I under supercritical pressure is necessary. The authors performed experiments on heat transfer from a test plate in a horizontal duct cooled by supercritical helium. On the other hand, there have been many experimental data and correlations for non-cryogenic fluids such as water and CO at supercritical pressures. Most of these data are on far longer tubes compared with our data for helium, and ratios of wall temperature increase to the critical temperature are far lower than that for helium. In this work, our data for supercritical helium above mentioned are compared with the correlations for the non-cryogenic fluids. The data are not predicted well by the correlations. The reasons of the discrepancies are considered and a new generalized correlation is presented.