円管内の伝熱流動に及ぼす多孔性材料の影響

植村 拓也*; 武田 哲明; 一宮 浩一*

日本機械学会山梨講演会講演論文集(020-4), p.49 - 50, 2002/10

伝熱面を加工することなく流路内に繊維状の金属細線を挿入し、熱伝導率及び伝熱面積の拡大を利用した伝熱促進法において、熱伝導率の高い銅線を用いて空隙率が高い場合の熱伝達,圧力損失などの基本特性を調べる実験を行った。その結果、レイノルズ数1500から5000の範囲において平滑管の場合より20%以上の伝熱促進効果が得られた。流路壁温度が240以下の場合、ポンプ動力一定条件下では、熱伝達率が1.3から1.5倍増大した。

リブ付き狭隘矩形流路における限界熱流束,1; 実験装置と予備実験

木下 秀孝; 寺田 敦彦*; 神永 雅紀; 日野 竜太郎

JAERI-Tech 2001-061, 43 Pages, 2001/10

JAERI-Tech-2001-061.pdf:5.21MB

陽子ビーム窓やセーフティハルの構造設計では、冷却水量を低減して中性子吸収量を抑制する観点から、低流速の狭隘流路構造とする必要がある。低流速で高熱伝達率を維持するために、製作性の良い2次元リブ付き流路に着目して、安全性にかかわる限界熱流束(CHF)を調べる実験に着手した。本報では、従来のリブ付き流路における熱伝達特性をまとめ、さらに、実験装置の概要と予備実験の結果を報告する。予備実験では、リブのない流路に対して壁面摩擦係数は約3倍,熱伝達率については約2倍の値を得、限界熱流束は従来のモデルとほぼ同一の値を示した。

Forced convective heat transfer in square-ribbed coolant channels with helium gas for fusion power reactors

高瀬 和之

Fusion Engineering and Design, 49-50, p.349 - 354, 2000/11

https://doi.org/10.1016/S0920-3796(00)00395-1

核融合動力炉設計では、定常運転時の第一壁ブランケット部の表面熱流束は1MW/m程度を考えており、この程度の熱流束域では原子炉の環境安全性及び経済性の面からガス冷却が有望である。しかしながら、ガスは水や液体金属などに比べて熱容量が小さいので熱伝達率を向上させるための工夫が必要である。そこで筆者は、高温ガス炉用突起付き燃料棒の伝熱促進に関する研究成果をもとに、ヘリウムガス冷却式核融合動力炉の冷却材流路に粗面流路を適用することを考えた。従来の矩形突起付き流路の熱伝達実験の結果から、突起ピッチと高さの比が10でレイノルズ数が約50000以上の条件のときに約1MW/mの除熱量を得られることがわかった。また、突起による流路摩擦損失の増加以上に伝熱が促進される条件(突起サイズ、レイノルズ数等)を定量的に明らかにした。本研究は、ガス冷却式核融合動力炉の第一壁ブランケット部用冷却材流路として突起付き流路が十分な適用性を有していることを示した。

高温ガス炉を用いた実用規模水蒸気改質器の性能検討

文沢 元雄; 稲葉 良知; 辻 延昌*; 大橋 一孝*; 井出 朗*; 竹中 豊*

日本機械学会第6回動力・エネルギー技術シンポジウム'98講演論文集, p.100 - 105, 1998/00

本研究では、高温ガス炉を用いた核熱利用システムの効率向上を目的として、実用規模システムでの水蒸気改質器の性能を検討してきた。すなわち、実用規模水蒸気改質器で可変量(温度、圧力、流量)よりメタン転換率などの特性を評価した。本水蒸気改質器の特徴は改質管外面を突起付き構造とし、伝熱促進を図ったこと及びインナーチューブによる改質管内面からの触媒層再加熱を図ったことである。解析の結果、伝熱促進構造を採用するとメタン転換率は約4%増加し、インナーチューブの効果はメタン転換率が1.4%の増加となることがわかった。

Experimental results of heat transfer coefficients and friction factors in a 2D/3D rib-roughened annulus

高瀬 和之

Experimental Thermal and Fluid Science, 13(2), p.142 - 151, 1996/08

https://doi.org/10.1016/0894-1777(96)00038-6

高温高圧条件のもとで3次元または2次元突起を有する環状流路の熱流動特性を調べた。3次元突起を有する環状流路の熱伝達率と摩擦係数は、平滑環状流路の値に比べてそれぞれ乱流域では23%、26%、層流域では21%、17%増加した。熱伝達率と摩擦係数が増加した主な理由として、従来考えられていた3次元突起による伝熱促進効果に加えて流路断面縮小による加速流の影響が無視できないことを実験的に明らかにした。一方、2次元突起を有する環状流路の熱伝達率と摩擦係数は、3次元突起のそれぞれの値に比べて乱流域では50%以上増加するものの、遷移域から層流域にかけては3次元突起の値を下回り、むしろ平滑環状流路の値に近づく結果が得られた。本研究により、この現状は流路の壁面粗さと粘性底層の関係から説明できることが分かった。さらに、2次元突起の伝熱性能は3次元突起の場合に比べて、本実験の範囲では流量一定の条件では約50%、ポンプ動力一定の条件でも約30%以上向上することを確認した。

Local heat transfer coefficient distribution on a ribbed surface

菱田 誠

J. Enhanced Heat Transfer, 3(3), p.187 - 200, 1996/00

突起付き伝熱面の局所熱伝達率と種々のパラメータ(突起の高さ、ピッチ、レイノルズ数、熱流速比)との関係を実験的に検討した。これらの結果に基づき、局所熱伝達率の実験式を提案した。

Numerical prediction of turbulent heat transfer characteristics of a fuel rod with very small square ribs for high temperature gas-cooled reactors

高瀬 和之; 秋野 詔夫

The 3rd JSME/ASME Joint Int. Conf. on Nuclear Engineering (ICONE),Vol. 1, 0, p.535 - 540, 1995/00

ピン・イン・ブロック型炉心構造であるHTTRの場合、冷却材であるヘリウムガスは燃料棒と燃料チャンネルとで構成される環状流路を下降しながら、燃料棒によって最高950Cの出口温度にまで加熱される。この際、燃料温度は1200C以上の高温となるため、将来の高出力密度炉心では設計余裕(燃料使用最高温度との差)を十分に確保できない。そこで、燃料温度を現状よりも低下させるための一手段として、対流伝熱促進を期待した粗面燃料棒による伝熱流動実験が行われ、その熱流動特性が調べられた。本研究はこの実験結果をもとに、矩形突起付き環状流路内の熱流動解析を行って熱伝達率の数値予測の妥当性を評価したものであり、本成果は高温ガス炉用高性能燃料棒の開発や原子力熱エネルギー輸送機器の高効率化等に利用できるものである。

Heat transfer coefficient of the ribbed surface

菱田 誠; 高瀬 和之

Proceedings of the ASME-JSME Thermal Engineering Joint Conference : Reno, Nevada, March 17-22, 1991, p.103 - 110, 1991/00

突起付き伝熱面の局所熱伝達率及び平均熱伝達率を実験によって詳しく調べた。突起は正方形断面をした棒状の2次元突起である。平行平板流路の片面に多数個の突起を取り付け、作動流体として空気を用いて実験を行った。薄いステンレス箔の伝熱面を直接通電によって加熱し、壁温分布を熱電対で測定して局所熱伝達率を求めた。実験範囲は、レイノルズ数が310~110、突起の高さと流路の代表直径の比が0.0324~0.174、突起のピッチと突起の高さの比が2.5~60である。局所熱伝達率とレイノルズ数、突起の高さ、及び突起のピッチとの関係を明らかにした。また、局所熱伝達率及び平均熱伝達率と熱流束比(基板の熱流束と突起の熱流束の比)との関係を調べた。

A Study on thermo-camera using a liquid-crystal; Method of multiple regression between color and temperature

秋野 詔夫; 功刀 資彰; 上田 正治*; 黒沢 昭*

Heat Transfer Measurements, Analysis, and Flow Visualization, p.115 - 122, 1989/00

本論文は、温度に応じて色彩を変化させる感温液晶を被測定面に塗布し、2次元的温度分布を定量的に決定する温度計測法の基礎を構築したものである。まず感温液晶の光学的特性の温度依存性を明らかにするために、分光反射率の温度変化を測定した。その結果より、可視光波長領域を三つの領域に縮約して色成分を測定することによって、温度を決定できることを明らかにした。さらに、2次元的温度分布を測定するために、テレビカメラと三原色分解フィルターを組合せ、画像処理技術を応用することにより、温度分布を定量的に決定できることを明らかとした。温度測定の絶対精度は0.2Cであり、分解能は0.05Cより良好であった。応用例として、伝熱面上に取り付けた突起物によって撹乱された温度場を計測し、本方法の実用性を実証した。