Forced convection heat transfer from a wire inserted into a vertically-mounted pipe to liquid hydrogen flowing upward

飽和液体水素の垂直円管流路内のワイヤ発熱体からの強制対流熱伝達特性

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*

直接強制冷却方式のCICC(ケーブルインコンジット)超伝導導体内における液体水素の冷却安定性を評価するために、内径8mm、全長が120mmの流路の中心軸上に設置した直径1.2mm、加熱長さ120mmのPtCo製ワイヤヒーターを用いて、飽和液体水素(0.4, 0.7, 1.1MPa)の強制流動下における定常熱伝達特性を測定した。流速は0.4m/sから8m/sまで変化させた。非沸騰の熱伝達は代表長さに等価直径を用いることにより従来のDittus-Boelter式とよく一致することを明らかにした。核沸騰限界(DNB)熱流束は、高流速及び低圧力で大きくなり、これまでに実施した円管発熱体の場合と同様の傾向を示すことが明らかになった。供試体形状パラメータを有するウェーバー数の代表長さに等価直径を使用し、アスペクト比(L/D)に加熱等価直径を使用することにより、既に円管発熱体で導出した核沸騰限界熱流束相関式で実験結果を記述でき、その相関式の一般性を示すことができた。

Forced convection heat transfer from a PtCo wire with a length of 120 mm and a diameter of 1.2 mm that was inserted into a vertically-mounted pipe with a diameter of 8.0 mm to liquid hydrogen flowing upward was measured with a quasi-steady increase of a heat generation rate for wide ranges of flow rate under saturated conditions. The pressures were varied from 0.4 MPa to 1.1 MPa. The non-boiling heat transfer characteristic agrees with that predicted by Dittus-Boelter correlation. The critical heat fluxes are higher for higher flow rates and lower pressures. Effect of Weber number on the CHF was clarified and a CHF correlation that can describe the experimental data is derived based on our correlation for a pipe.