close
1.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 超電導マグネットの冷却に関する流動と伝熱の包括的研究
伊藤 猛宏
研究期間: 1988
本文を見る:
概要: 1.プール沸騰の限界条件の基本的生活とその制御 昨年度一般化した低熱伝導性材料被覆層の効果を最大限利用する方法を見いだすことを目的として、低熱伝導性伝熱面表面粗さの影響を検討した。その結果、粗さを付加することによって核沸騰熱伝達を促進する効果は顕著には認めれないものの、極小熱流束点条件を増大させる効果があることが確認できた。 2.ヘリウムの過渡プール沸騰の総合伝熱特性 Hel冷却超電導マグネットにおけるパリス状熱入力に対する過渡冷却特性を評価する目的から、step入力に対する定常臨界熱流束を越えて存在する準定常核沸騰熱流束q_Sと、その寿命t_Lの関係を、大きい熱容量をもった発熱体を用いて明らかにした。この結果、現象の速いq_Sの大きい領域で、従来のSteward、Schmidt等の結果よりt_Lが約3倍程度大きい値をもつことが、大気圧下で明らかにされると共に、任意の非定常熱入力に対し、液側への投入エネルギーに依りt_Lが評価しうる可能性を示した。3.プール沸騰冷却超電導体の動的安定性 プール沸騰冷却される超電導体の動的安定性を解析するために、超電導体としてNbTiフィラメントを持つ導体を選び、特定の電流に対して任意の矩形状の温度分布を設定し、このような初期条件の下に一次元非定常熱伝導方程式を数値的に解いて導体の温度応答を求め、導体がクエンチに至るか、超電導状態に復帰するかを調べた。その結果、超電導体の動的安定性は初期エネルギーの値のみでなく、それの分布形状に依存することがわかった。さらに動作電流の影響も確認された。4.超臨界圧ヘリウムの流動安定性 超臨界圧ヘリウム流動不安定現象を解析するため、(1)特性曲線法を用いた非線型解析コード,(2)特性曲線法を用いた線型解析コード、(3)差分法を用いた線型解析コードを作成中である。(3)は既に完成し、流動不安定解析を行った。これにより、熱発生が大きくなると密度波不安定が発生することがわかった。更に、超臨界圧ヘリウム流動不安定実験装置を製作し、大気圧下での予備実験を行った。 続きを見る
2.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 超電導マグネットの冷却に関する流動と伝熱の包括的研究
伊藤 猛宏
研究期間: 1987
本文を見る:
概要: 1.超臨界圧強制対流伝熱の基本特性 過渡プール沸騰熱伝達等の実験において実用性の高い解析結果を得るために, 短時間で熱伝導率および比熱の測定ができる方形波パルス加熱による非定常測定法を検討し, その測定原理を検証するとともにベークライトおよびテフロンの熱物性値の測定を行った. 結果は, 両材料共に報告されている値と近い値を示した. 2.プール沸騰の限界条件の基本的性質とその制御 飽和液体ヘリウムの定常沸騰熱伝達に対する低熱伝導性材料被覆層の影響に関して, 本年度は, 特にUnconditional Stabilityなど定常安定性基準と深い関係にある極小熱流束の定量化などを図るため, 昨年度行ったテフロン被層での実験に加え, formvarおよびSUS304被覆層に関する沸騰実験を行い, 極小熱流束条件と被覆層材料熱物性および被覆層厚さとの相関を定量化し, 低熱伝導性材料被覆による安定化導体最大通電量に関する設計資料を得た. 3.過渡プール沸騰の総合的特性 (1)液体ヘリウム1における飽和臨界熱流束を系圧力24.4〜198.6kPa, 水平円柱直径0.3,0.5,1.2,2.0mmで求め, 超臨界圧近傍のその値をも良く記述する表示式を与え, 利用し得る他の液体のデータに対する有効性を検討した. (2)液体ヘルウム1における定常臨界熱流束を越えて, ある寿命をもって存在する準定常核沸騰現象が, 先に本研究者が水において発見したと同様存在することを確認すると共に準定常状態に至る波形の影響を定量的にに考察し, 準定常値の寿命を予知する方法を検討した. 4.超臨界圧流体の流動安定性 極低温流体の流動不安定現象の実験的・解析的研究を行った. 液体窒素の場合の研究はほぼ完了し, 超臨界圧ヘリウムの流動不安定現象の研究のための実験装置を設計・制作し予備実験を行った. また, 超臨界圧ヘリウムの変物性を考慮した, 特性曲線法による流動安定性解析コードの開発に着手し, 熱流束や入口圧力に外乱が加わった場合の系の過渡応答特性の計算を数ケース行った. 続きを見る
3.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 超電導マグネットの高電流密度化を目指す安定化技術の研究
山藤 馨
研究期間: 1987
本文を見る:
概要: 核融合装置の超電導化において強く要請されている超電導マグネットの高電流密度化を実現するために, 導体に多量の安定化材を使用する即来の安定化法にかわる新しい安定化技術を確立することを目指して, (A)超電導マグネット内の機械的擾乱の定量化と抑制, (B)超臨界圧ヘリウムによる新しい冷却法の開発, (C)超電導マグネットのクエンチ機構と保護対策, 等の項目を重点的に検討した. 以下に, 項目別に本年度の主な成果を示す. (1)超電導マグネットにおける導体のずれによる擾乱エネルギーの定量化について検討した. 超電導体の機械的特性やスペーサ間隔と擾乱の大きさとを関連させた導体のずれのモデルを提案し, その有効性を実験的に示した. さらに, 擾乱エネルギーを抑制するための導体構造を明らかにした. (2)突発的な導体のずれや構造体の微少破壊に伴う温度上昇や変位を定量的に測定するセンサとして, 高磁界・変動電流の近傍で使用可能な変位センサ, 温度分布を測定できる微小な温度センサアレイ等の開発を行った. (3)耐電圧特性が良好な単相冷媒の特長と簡便な液浸冷却を組合わせた超臨界圧ヘリウム浸漬冷却特性測定装置を開発し, 動作特性を検討した. (4)超臨界圧ヘリウムによる強制冷却ホローコンダクタに対する許容熱負荷を実験的に定量化し, 熱負荷パターンと安定性との関係を明らかにした. 又, CableーinーConduit型コイルの冷却法, クエンチ時の挙動等を詳細に検討した. (5)超電導マグネットにおける軸対称の構造解析コードを作成し, 熱収縮による応力分布を計算した. その結果, 剪断応力なひずみエネルギー密度は巻枠と線材が接するカド部で大きくなることが明らかになった. (6)大型低損失導体である超電導撚線ケーブルに対して, 低損失化と安定化の両面から決まる最適構造を提案した. 又, 撚線ケーブル特有の常電導転移現象のメカニズムを明らかにした. 続きを見る
4.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 超臨界圧ヘリウムへの過渡伝熱と超伝導安定性 — Stability Analysis of Forced-Flow Cooled Superconductor
伊藤 猛宏 ; ITO Takehiro
研究期間: 1991-1992
本文を見る:
概要: 超臨界圧ヘリウムにより強制冷却される十分に長い中空の超伝導導体内の一部に熱擾乱を加えた場合の導体および冷媒の過渡冷挙動について数値解析を行った。解析ではヘリウムについて二次元流動および伝熱,導体について一次元熱伝導を考慮し,超伝導導体の温度分布,超臨界圧ヘリウムの圧力,温度および速度分布,および導体からヘリウムへの熱流束分布の時間分布を求めた.一方,超伝導導体の安定性に関し,冷媒条件(初期温度,圧力および質量流量),加熱条件(熱擾乱の付加時間,強さ,熱擾乱付加部の導体長さおよび動作電流)および幾何条件(導体の長さおよび内径)を変え,各因子の影響を検討した.ヘリウムの物性値は当方で開発したプログラム(PROPATH)により求め,導体については電流分流モデルを用いた. 解析の結果以下のことが明らかになった. 1.加熱初期の過渡伝熱の影響が大きく,導体の安定性は加熱後数10[ms]以内でほとんど決まる. 2.動作電流が小さい場合は,ヘリウムの流速を速くすると安定性に大きい効果がある. 3.動作電流が大きい場合は,冷媒の質量流量の影響は小さくなり,対流による冷却効果は過渡冷却効果に比べ小さい. 4.動作電流が大きいほど安定限界におよぼす初期流体温度の影響が大きい. 5.加熱時間が長いほど導体の総加熱量として安定限界は高く,加熱時間が3[ms]より長い場合は安定限界はほぼ直線的に増加する. 6.管内径が大きくなるにつれ質量流量が安定限界におよぼす効果は小さくなる. 続きを見る