Measurements of surface heat flux and surface temperature distributions under a nucleate pool boiling bubble under low pressure

低圧条件における気泡直下伝熱面温度・熱流束分布計測

Liu, W.; 永武 拓 ; 高瀬 和之

Liu, W.; Nagatake, Taku; Takase, Kazuyuki

沸騰熱伝達は、沸騰水型原子炉,熱交換器,ボイラー等の基幹技術としてこれまでに数多くの研究が行われてきたが、そのメカニズムについては解明されていない。そこで、われわれは、沸騰熱伝達のメカニズム解明のための研究を行った。具体的には、共同陽極を持つ温度センサを伝熱面表面の極近傍の伝熱体内部に高密度に配置する技術を開発し、これと逆問題解析による伝熱面表面温度・熱流束評価手法を組合せることで、伝熱面表面温度・熱流束分布の高密度かつ高速度での計測を可能とする技術を開発した。これまでに、開発した技術を大気圧プール沸騰実験に適用し、沸騰気泡直下における伝熱面温度・熱流束を計測した。本研究は、1mmあたり最大6点の温度センサを伝熱面表面から深さ1.4mの深さに配置した沸騰試験体を用いて、0.7から1気圧の圧力条件で沸騰実験を実施し、伝熱面直下に設置した各温度センサの計測温度に加え、高速度ビデオカメラにより沸騰気泡形状の画像を同期で取得した。取得したデータをもとに、沸騰熱伝達のメカニズムについてを検討を行った。大気圧より低い圧力条件でも、沸騰熱伝達メカニズムは従来から提唱されているメカニズムの一つである三相界面伝熱モデルに近いことを実験的に明らかにした。

Nucleate boiling has high heat transfer coefficient and is widely used in heat exchangers, boilers and BWR, etc. The nucleate boiling has been studied extensively but its heat transfer mechanism is still unknown. Recently, JAEA has developed a technology for the measurements of the surface heat flux and surface temperature distributions. The technology solved inverse heat conduction problem to get the surface heat flux and surface temperature distributions, with using a measured inside wall temperature distribution data from self-developed high sensitive temperature sensors. The temperature sensors are allocated in high density at a depth several micro meters beneath the heated surface. In this paper, with using the developed technology, we measured the surface heat Flux and surface temperature distributions under a nucleate pool boiling bubble at both atmospheric pressure and a lower pressure. To control the position of boiling bubble, we mirror processed the heated surface and formed a nucleus at the center of the surface. Temperature sensors are allocated beside the nucleus, in a density of upmost 6 points per 1mm and at a depth about 1.4 m beneath the surface. Based on the experimental data, we examined boiling heat transfer models.