Forced convection heat transfer of subcooled liquid nitrogen in a vertical tube

垂直円管内のサブクール液体窒素の強制対流熱伝達

達本 衡輝; 白井 康之*; 畑 幸一*; 加藤 崇; 二川 正敏  ; 塩津 正博*

Tatsumoto, Hideki; Shirai, Yasuyuki*; Hata, Koichi*; Kato, Takashi; Futakawa, Masatoshi; Shiotsu, Masahiro*

液体水素の熱伝達に関する知見は中性子源用モデレータの設計に重要である。本研究では、ポンプを使用せずに強制流動を発生できる装置を開発し、液体水素を使う前段階として、サブクール液体窒素の垂直円管発熱体からの強制対流熱伝達を圧力,温度,流速を種々に変化させて実験を行った。本装置で最大9m/sの流速が得られた。非沸騰域の熱伝達係数,DNB熱流束は、流速とサブクール度とともに大きくなる結果が得られた。非沸騰域において無次元数Nu/Prはの0.8乗に比例する関係が得られた。が低くなると、実験結果はその相関関係からずれ、プール中の自然対流熱伝達から得られる値に漸近する結果が得られた。さらにDNB熱流束を予測する相関式の導出を行い、実験結果を15%以内で表す妥当性を有することを確認した。

Experimental research on forced convection heat transfer of subcooled liquid nitrogen ranging from the pressures of 0.3 MPa to its supercritical pressure is carried out for wide ranges of inlet temperature and flow velocity. The heat transfer coefficients in non-boiling region and the DNB heat fluxes are higher for higher flow velocity and higher subcooling. The heat transfer coefficients in the non-boiling region agree well with those by the Dittus-Boelter correlation, although they are unaffected by the flow velocity for 8000. The lowest limits agree with those obtained for no forced flow. The correlation of DNB heat flux that can describe the experimental data is presented. The heat transfer characteristics of supercritical nitrogen can be predicted by authors'correlation.