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論文

Study on drop wise condensation by using functionalized heat transfer surface

小泉 安郎; 吉沢 翔太*

Proceedings of the ASME 2014 International Mechanical Engineering Congress and Exposition (IMECE 2014) (DVD-ROM), 7 Pages, 2014/11

圧力0.1MPaの条件で、水蒸気を用いて凝縮伝熱実験を行った。機能化伝熱面を用いて滴状凝縮熱伝達の向上化を調べた。伝熱面を金メッキとすることにより滴状凝縮が出現することを確認した。伝熱面を溝形状とすることにより機能化を図った。溝は矩形形状とし、溝深さ、溝頂部幅、溝底部幅はそれぞれ、2mm$$times$$2mm$$times$$2mm、3mm$$times$$3mm$$times$$3mm、および、2mm$$times$$3mm$$times$$2mmであった。溝付き伝熱面熱流束はいずれの場合も平面金メッキ伝熱面の場合の熱流束より向上した。溝形状が2mm$$times$$2mm$$times$$2mmの条件では溝の頂部と壁面が金メッキされている場合の熱伝達向上化が最も高く、向上化率は1.53であった。また、溝頂部幅を広くすることは伝熱面を平面に近付けることを意味し、熱伝達向上化への方向性としては適切ではないことが判明した。溝頂部を作り、また、溝窪みに凝縮水を集めたことで、溝頂部をより蒸気へさらす結果となり、熱伝達向上化へ繋がったと考えられる。

報告書

Numerical prediction of turbulent heat transfer augmentation in an annular fuel channel with two-dimensional square ribs

高瀬 和之

JAERI-Research 95-089, 26 Pages, 1996/01

JAERI-Research-95-089.pdf:1.15MB

高温ガス炉用標準燃料棒に比べて乱流熱伝達率を向上させるために、矩形突起付き燃料棒の開発が行われた。この矩形突起付き燃料棒の伝熱性能を評価するために、2次元の矩形突起を有する環状燃料チャンネル内の乱流熱伝達率が、k-$$varepsilon$$乱流モデルと2次元軸対象座標系を使って十分に発達した非圧縮性流体に対して数値的に解析された。数値解析は、3000から20000のレイノルズ数範囲に対して、矩形突起のピッチと高さの比が10、20、40の3つの場合について行われた。熱伝達率の予測値は、矩形突起付き燃料棒による実験データから求められた熱伝達相関式に対して、矩形突起のピッチと高さの比が10、20、40の場合にはそれぞれ10%、20%及び25%以内の誤差で良く一致した。本研究により、矩形突起による伝熱促進効果は本数値シミュレーションによって十分予測できるとともに、矩形突起による伝熱促進のメカニズムは乱流エネルギー分布の流れ方向の変化から説明できることが明らかになった。

論文

高温ガス炉用突起付き燃料棒の熱流動解析,I; 3次元突起を有する場合

高瀬 和之; 秋野 詔夫

機械学会茨城講演会講演論文集, 0, p.125 - 126, 1995/00

本研究は、高温ガス炉の炉心流動条件と同じレイノルズ数範囲に対して、3次元スペーサリブ付き環状流路の伝導流動特性をk-$$varepsilon$$乱流モデルを使って数値的に検討し、流路の熱伝達率と摩擦係数の定量的評価を可能にしたものである。報告者による従来の研究では、レイノルズ数が5000以上の範囲に対して実験結果と良い一致を示した。今回は、k-$$varepsilon$$乱流モデル定数及び乱流プラントル数の値を改良することによって、実験結果と良く一致するレイノルズ数の下限を高温ガス炉定格運転時の炉心出口レイノルズ数である3000まで低下させることができた。この結果、高温ガス炉用突起付き燃料棒の伝熱性能の数値予測に関して高い見通しを得た。

報告書

Numerical prediction on turbulent heat transfer of a spacer ribbed fuel rod for high temperature gas-cooled reactors

高瀬 和之

JAERI-Research 94-034, 28 Pages, 1994/11

JAERI-Research-94-034.pdf:1.12MB

3次元台形状のスペーサリブを表面に持つ高温ガス炉用燃料棒の乱流熱伝達を、k-$$varepsilon$$乱流モデルと境界適合座標系を使って数値的に解析した。また、出口最高温度1000$$^{circ}$$C、圧力4MPaのヘリウムガス条件のもとで模擬燃料棒を用いて実験的に調べた。実験の結果、燃料棒の乱流熱伝達率は2000を超えるレイノルズ数域では、同心平滑環状流路の値よりも18%から80%も上昇することがわかった。一方、燃料棒の平均ヌッセルト数の計算値は、実験データから得られた熱伝達相関式に対して5000以上のレイノルズ数域では10%の相対誤差で良く一致し、本計算結果は十分な精度を有していることを確認した。さらに、スペーサリブによる伝熱促進効果や流路断面積の減少による軸方向流速増大の効果を数値計算によって定量的に明らかにした。

論文

Thermal-hydraulic performance of augmented fuel rod with square ribs for HTTR

宮本 喜晟; 日野 竜太郎; 高瀬 和之

Transport Phenomena Science and Technology 1992, p.690 - 695, 1992/00

大型構造機器実証試験ループ(HENDEL)のT$$_{1}$$試験部を用いて、高温工学試験研究炉(HTTR)の第2次炉心用高性能模擬燃料棒の伝熱流動試験を行った。使用した模擬燃料棒には、黒鉛スリーブ表面に高さ0.5mm、幅0.5mmの矩形突起を設け、突起配置のピッチを変えた3種類の模擬燃料棒を用意した。HTTRの流動条件であるRe数が、3000~7000の範囲では、突起のピッチと高さの比(P/h)が10,20,40に対応して、熱伝達率は突起なしの標準燃料棒の値に比べて各々2,3,2,1.7倍であった。また、摩擦係数はP/h比が10,20,40に対して標準燃料棒の3,2.6,1.8倍であった。さらに、これらの測定データから整理式を提案した。

論文

Shedding vortices around various types of turbulence promoters in parallel channel

椎名 保顕

Journal of Nuclear Science and Technology, 21(11), p.836 - 843, 1984/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:19.69(Nuclear Science & Technology)

円柱,正方形柱,台形柱の三種類の乱流促進体が平行平板流の中央、および壁に置かれた場合の渦の放出周期,渦のスペクトル強度の測定を行った。その結果、台形柱から放出される渦が最も大きく強い。一方、正方形柱から放出される渦が最も小さく弱いことが明らかとなった。また、渦の周波数の測定から、台形柱後方の流れ特性は円柱の流れ特性に近いことが示された。これらの結果をもとに、伝熱促進に適した乱流促進体形状について検討を加えた。

論文

Flow around turbulence promoters in parallel channel, 1; Flow patterns around cylinder-type turbulence promoters

椎名 保顕; 滝塚 貴和; 岡本 芳三

Journal of Nuclear Science and Technology, 19(9), p.720 - 728, 1982/00

円柱形乱流促進体まわりの流れの可視化実験により、平行流路に乱流促進体をとり付けた場合の伝熱特性を調べた。流体には油を、トレーサーとしては油とアルミ粉の混濁液を用いた。実験におけるレイノルズ数は等価直径を用いて100から3600である。1本の促進体を用いた実験におけるレイノルズ数は等価直径を用いて100から3600である。1本の促進体を用いた実験によると流れは3つの型に分けられる。第1に低いレイノルズ数における定常渦、第2にほぼ規則的に流出する放出渦、第3に高いレイノルズ数において不規則に生成、消滅をくり返す放出渦である。放出渦は流体の混合を増加させるために伝熱は促進されるが、定常渦は壁近くの流体を停滞させ、熱伝達は悪化すると思われる。これらの結果は菱田らの実験結果をよく説明している。2本の乱流促進体による実験結果によるとp/d~7のときに熱伝達性能は最高になると思われる。これも従来の結果とよく一致している。

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