Heat transfer characteristics of a horizontal wire in pools of liquid and supercritical hydrogen

液体・超臨界圧水素中の水平ワイヤ発熱体からの熱伝達特性

達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 成尾 芳博*; 小林 弘明*; 稲谷 芳文*

Tatsumoto, Hideki; Shirai, Yasuyuki*; Shiotsu, Masahiro*; Naruo, Yoshihiro*; Kobayashi, Hiroaki*; Inatani, Yoshifumi*

大気圧から超臨界圧(1.5MPa)の広範囲の圧力条件下における液体および超臨界圧水素のプール熱伝達特性を明らかにするために、直径1.2mm、長さ101mmのPtCo製ワイヤ発熱体からの定常熱伝達特性を測定した。非沸騰域の熱伝達は水平円柱の場合の相関式であるMcAdams式とよく一致した。核沸騰および膜沸騰熱伝達は圧力が高くなると、熱伝達特性は良くなるが、核沸騰限界熱流束の圧力依存性は、臨界圧力の1/3のところで最大値となり、それ以上の圧力では小さくなった。その傾向は、従来のKutateladze式と表されるが、圧力が高い領域の実験結果は、予測値より低くなった。これは、液体水素の場合、水力学的不安定性が起こる前に、発熱体温度が臨界温度に到達したことが原因であることがわかった。超臨界圧水素中の熱伝達特性は、発熱体温度が臨界温度以下の場合、液体水素の場合と同様にMcAdams式で表されることがわかった。しかし、臨界温度以上では、熱伝達係数は悪くなり、その熱伝達係数は、液体水素の膜沸騰の場合と同程度であることがわかった。プール超臨界圧水素中の熱伝達相関式を導出し、広範囲の過熱度において実験結果を40%以内で記述できた。

Heat transfer from a horizontal wire immersed in liquid and supercritical hydrogen was measured with a quasi-steady increase of a heat generation rate for wide range of bath temperatures and pressures. The nucleate boiling heat transfer coefficient is higher for higher pressure. The CHF is highest in the vicinity of 0.4 MPa and is expressed by Kutateladze's equation. The CHFs become higher for higher subcooling. The heat transfer under supercritical pressure is the same as natural convection heat transfer in liquid hydrogen, but it detoriorates for the heated surface temperature higher than pseudo-critical temperature. The heat transfer correlation was derived based on the experimental data.