人工マルチキャビティ加熱面の沸騰実験から以下の結論を得た．
● マルチキャビティ加熱面においてキャビティが活性化されるためには適切なキャビティ配置 間隔が必要である．
●
本実験系では，キャビティ配置間隔S=4mm
よりもS=1mm，S=2mm
が高性能であった．また
S=1mm
とS=2mm
を比較すると低熱流束域ではS=2mm
が高性能であり，高熱流束域ではS=1mm
が高性能となるような性能の逆転が起こった．付録 A
A‑1 記号表
R
伝熱面の半径 [mm ] P
次元定数 [W ] M
次元定数 [m-1] f
s 気泡係数f
p圧力の影響を補正する圧力係数
C
pl 液体の定圧比熱[J/kgK]
ρ
l 液体の密度[kg/m
3] σ
表面張力λ
l 液体の熱伝達率[W/mK]
ρ
v 気体の密度[kg/m
3] g
重力加速度∆ h
v 蒸発熱[J/m
3]
p
c 臨界圧A-2 気泡離脱時間全データ
45〜53
ページにS1
とS2
の全気泡離脱時間，54，55 ページにキャビティの番号表を示す．Bubble Departing Time （ sec ） Heated Surface S1 Water Condition Saturated Heat Flux 23.81kW/m
27 8 9 10 12 13 14 15 16 17 18 20 21 22 23
0.016 0.171 0.124 0.384 0.01 0.673 0.311 0.585 0.17 0.014 0.173 1.817 0.009 0.009 0.311 0.495 0.384 0.495 1.016 0.24 1.259 0.902 0.802 0.047 0.24 0.452 0.67 1.107 0.495 0.801 1.224 0.673 1.539 1.634 0.472 0.407 0.67 1.03 1.192 0.675 1.126 1.718 1.021 1.732 0.585 0.452 1.207 1.732 1.654 0.902 1.605 1.125 0.66 0.56 1.782 1.057 1.782 1.259 0.767 0.602 1.854 1.269 1.976 1.679 0.802 0.648 1.982 1.418 1.85 0.919 1.087 1.71 2.003 1.095 1.125
1.269 1.207
1.373 1.264
1.429 1.413
1.508 1.495
1.634 1.539
1.849 1.679
1.849
1.957
24 25
0.171 0.04
0.311 0.564
1.125 1.508 1.849
Bubble Departing Time （ sec ） Heated Surface S1 Water Condition Saturated Heat Flux 27.11kW/m
23 7 8 9 10 12 14 17 18 20 21 22 23 24 25
0.316 0.043 0.013 0.043 0.046 0.008 0.1 0.017 0.11 0.338 0.01 0.176 0.004 0.05 0.11 1.964 0.101 0.043 0.42 0.168 0.084 0.53 0.168 0.425 0.437 0.1 0.592 0.176 0.627 0.232 0.298 0.238 0.627 0.239 0.171 1.126 0.465 0.629 0.574 0.235 1.005 0.357 0.775 0.301 0.358 0.42 0.924 0.301 0.227 0.552 0.839 1.678 0.254 1.185 0.696 0.939 0.627 0.493 0.513 1.068 0.465 0.277 0.599 1.423 0.28 1.378 0.999 1.209 0.715 0.53 0.597 1.252 0.718 0.416 0.966 0.364 1.678 1.097 1.342 0.837 0.61 0.636 1.664 0.776 0.503 1.026 0.431 1.29 1.577 1.026 0.674 0.82 1.834 0.839 0.607 1.169 0.612 1.615 1.76 1.151 0.697 0.889 1.966 0.966 0.643 1.34 0.643 1.209 0.764 1.005 1.068 0.743 1.486 0.696 1.307 0.82 1.177 1.169 0.827 1.66 0.869 1.422 0.924 1.436 1.252 0.874 1.818 0.917 1.486 1.085 1.533 1.583 0.916 0.95 1.634 1.228 1.833 1.761 1.49 1.282 1.719 1.252 1.964 1.751 1.348 1.839 1.302 1.933 1.377
1.353 1.556
1.382 1.604
1.484 1.659
1.753 1.678
1.833 1.752
28
0.436
1.752
Bubble Departing Time （ sec ） Heated Surface S1 Water Condition Saturated Heat Flux 30.37kW/m
21 2 3 7 8 9 10 11 12 13 14 17 18 19 20
0.761 0.045 0.496 0.033 0.402 0.234 0.235 1.479 0.024 1.495 1.38 0.047 0.069 1.217 0.501 0.119 0.761 0.121 0.48 0.327 0.452 1.701 0.123 1.777 0.238 0.136 0.676 0.235 1.029 0.214 0.704 0.458 0.704 0.204 0.31 0.19 0.75 0.327 1.227 0.327 0.881 0.467 0.875 0.323 0.486 0.566 1.134 0.632 1.613 0.393 0.982 0.561 0.94 0.451 0.604 0.603 1.159 0.761 1.783 0.452 1.152 0.661 0.993 0.5 0.875 0.662 1.377 1.369 1.853 0.506 1.25 1.026 1.172 0.597 1.209 0.739 1.477 1.558 1.98 0.561 1.368 1.279 1.276 0.627 1.332 0.839 1.545 0.618 1.492 1.681 1.435 0.676 1.853 1.033 1.851 0.66 1.561 1.708 1.993 0.714 1.992 1.168 0.686 1.74 1.781 0.798 1.277 0.703 1.857 0.898 1.331 0.768 1.997 0.972 1.378 0.843 0.993 1.481 0.904 1.057 1.604
1.064 1.072
1.121 1.119
1.152 1.164
1.206 1.197
1.349 1.257
1.457 1.356
1.614 1.379
1.72 1.45
1.739 1.494
1.777 1.546
1.829 1.608
1.911 1.688
1.971 1.727
1.77
1.811
1.905
1.947
2.001
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
0.027 0.842 0.119 0.164 0.296 0.163 0.797 0.256 1.063 0.063
0.206 1.247 0.779 0.438 0.377 0.312 1.086 0.915 0.378 0.321 1.113 0.983 0.661 0.507 1.256 1.183 0.924 0.499 1.325 1.595 1.285 0.94 1.477 1.865 1.233 0.625 1.492 1.754 1.435 1.097 1.77 1.923 1.325 0.712 1.915 1.916 1.573 1.377 1.924 1.752 0.902 1.7 2.001
0.976 1.914 0.99 1.992
1.187
1.197
1.378
1.45
1.547
1.605
1.809
1.848
2.001
Bubble Departing Time （ sec ） Heated Surface S1 Water Condition Saturated Heat Flux 33.6kW/m
21 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 17
0.27 0.062 0.038 0.574 0.657 0.175 0.047 0.134 0.378 0.059 0.295 0.005 1.119 1.616 0.468 0.298 0.861 0.059 0.812 1.119 0.329 0.077 0.207 0.695 0.263 0.75 0.067 1.616 1.804 0.75 0.482 1.601 0.134 1.461 0.495 0.247 0.33 1.071 0.43 0.915 0.091 0.774 0.821 0.208 0.786 0.26 0.401 1.102 0.552 1.004 0.13 1.134 1.601 0.36 0.299 0.52 1.196 0.828 1.134 0.173 1.34 0.398 0.33 0.546 1.303 1.004 1.198 0.251 1.547 0.43 0.401 0.645 1.42 1.977 1.769 0.265 0.54 0.525 0.735 1.656 1.999 1.805 0.331 0.574 0.561 0.756 1.712 1.895 0.364 0.861 0.599 0.954 1.843 0.41 0.916 0.619 0.985 1.886 0.462 1.046 0.642 1.04 2 0.493 1.099 0.665 1.101 0.532 1.141 0.753 1.226 0.583 1.306 0.822 1.259 0.627 1.461 0.881 1.347 0.634 1.69 0.932 1.545 0.691 2.002 0.954 1.711 0.731
0.984 1.779 0.782
1.054 0.821
1.089 0.867
1.119 0.909
1.176 0.939
1.194 0.975
1.224 1.002
1.257 1.05
1.33 1.089
1.348 1.119
1.42 1.187
1.594 1.227
1.656 1.271
1.886 1.316
1.351
1.379
1.423
1.473
1.499
1.555
1.578
1.652
1.694
1.774
1.794
1.824
1.889
1.922
2.004
18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
0.029 0.918 0.129 0.005 0.077 0.135 0.02 0.188 0.094 0.061 0.054 0.684 0.435 0.02 0.095 1.622 0.296 0.093 0.273 0.408 0.257 0.372 0.256 0.131 0.381 . 1.672 0.85 0.147 0.364 0.201 0.472 0.583 0.436 0.517 0.956 0.202 0.907 0.909 0.188 0.681 0.329 0.607 0.607 0.517 0.583 1.134 0.269 1.029 1.061 0.295 0.821 0.411 0.742 0.843 0.912 0.685 1.698 0.33 1.427 1.136 0.372 0.979 0.51 0.906 1.03 1.761 0.872 1.895 0.461 1.786 1.751 0.468 1.121 0.531 1.262 1.131 0.956 1.939 0.53 1.818
0.584 1.314 0.656 1.896 1.205 1.015 0.626 0.684 1.379 0.694 1.262 1.252 0.731 0.775 1.505 0.782 1.816 1.37 0.821 0.829 1.577 0.867 1.473 0.915 0.874 1.926 1.001 1.628 1.061 1.062 1.948 1.092 1.696 1.12 1.119 1.118 1.938 1.335 1.133 1.227 1.425 1.251 1.336 1.695 1.312 1.381 1.818 1.371 1.558 1.905 1.455 1.577 1.951
1.473 1.653
1.684 1.695
1.752 1.816
1.85 1.951
2.001 2.005
Bubble Departing Time （ sec ） Heated Surface S2 Water Condition Saturated Heat Flux 17.6kW/m
22 5 6 7
0.032 0.026 0.026 0.081 0.177 0.119 0.081 0.184 0.289 0.238 0.119 0.295 0.374 0.366 0.177 0.411 0.466 0.527 0.233 0.527 0.649 0.726 0.244 0.652 0.833 0.82 0.289 0.706 0.882 0.938 0.366 0.876 0.946 1.039 0.41 1 1.094 1.199 0.466 1.098 1.245 1.365 0.527 1.297 1.362 1.486 0.649 1.438 1.506 1.561 0.707 1.631 1.579 1.77 0.778 1.773 1.706 1.929 0.816 1.994 1.767 0.876 0.938 0.993 1.006 1.038 1.094 1.155 1.193 1.245 1.297 1.362 1.433 1.537 1.566 1.628 1.706 1.718 1.767 1.889 1.929 1.992
Bubble Departing Time （ sec ） Heated Surface S2 Water Condition Saturated Heat Flux 21.18kW/m
22 3 5 6 7 10 11
0.09 0.566 0.032 0.032 0.019 0.254 0.313 0.152 1.845 0.145 0.09 0.058 0.368 0.281 0.282 0.145 0.098 0.547 0.302 0.349 0.232 0.157 0.633 0.341 0.463 0.282 0.232 0.794 0.414 0.536 0.331 0.347 0.989 0.461 0.628 0.414 0.359 1.09 0.525 0.727 0.461 0.418 1.269 0.566 0.798 0.525 0.477 1.414 0.669 0.863 0.571 0.571 1.501 0.805 0.943 0.582 0.644 1.631 0.937 1.046 0.628 0.742 1.732 1.107 1.099 0.669 0.813 1.845 1.16 1.114 0.726 0.862 1.264 1.152 0.745 0.926 1.364 1.202 0.794 0.969 1.408 1.263 0.862 1.024 1.442 1.275 0.926 1.073 1.508 1.333 0.969 1.099 1.563 1.374 1.045 1.15 1.63 1.437 1.09 1.165 1.678 1.495 1.15 1.198 1.713 1.567 1.198 1.27 1.769 1.636 1.263 1.338 1.843 1.77 1.341 1.389 1.899 1.836 1.373 1.438 1.908 1.435 1.498 1.952 1.496 1.524 1.563 1.564 1.629 1.61 1.706 1.636 1.769 1.705 1.837 1.789 1.89 1.848 1.947 1.89 1.985 1.984
Bubble Departing Time （ sec ） Heated Surface S2 Water Condition Saturated Heat Flux 24.76kW/m
21 2 3 5 6 7 10 11
1.069 0.052 0.051 0.058 0.046 0.046 0.175 1.664 0.103 0.24 0.104 0.103 0.129 0.309 0.178 0.385 0.158 0.128 0.199 0.376 0.24 0.572 0.178 0.175 0.256 0.549 0.329 0.731 0.235 0.234 0.335 0.711 0.383 0.87 0.273 0.293 0.39 0.874 0.507 0.974 0.316 0.329 0.466 0.998 0.563 1.225 0.365 0.369 0.557 1.111 0.63 1.689 0.439 0.446 0.636 1.195 0.712 1.913 0.489 0.493 0.724 1.33 0.734 2.012 0.572 0.556 0.8 1.389 0.784 0.636 0.63 0.863 1.475 0.858 0.709 0.712 0.884 1.583 0.909 0.777 0.777 0.923 1.668 0.925 0.844 0.803 0.973 1.753 0.952 0.88 0.858 1.03 1.926 1.022 0.924 0.879 1.099 1.088 0.957 0.915 1.152 1.141 1.028 0.957 1.201 1.225 1.135 1.022 1.232 1.349 1.188 1.092 1.337 1.394 1.262 1.135 1.402 1.458 1.316 1.195 1.464 1.527 1.371 1.249 1.487 1.61 1.41 1.316 1.543 1.656 1.461 1.371 1.593 1.689 1.471 1.414 1.664 1.74 1.515 1.458 1.746 1.796 1.569 1.515 1.861 1.854 1.599 1.571 1.927 1.912 1.636 1.637 2.009 2.002 1.679 1.669 1.698 1.692 1.733 1.74 1.75 1.797 1.762 1.844 1.808 1.912 1.844 2.001 1.911 1.961
2.01
Bubble Departing Time （ sec ） Heated Surface S2 Water Condition Saturated Heat Flux 27.94kW/m
21 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
0.043 0.012 0.011 0.241 0.045 0.056 0.01 0.2 0.168 0.058 0.063 0.206 0.06 0.069 0.759 0.074 0.134 0.068 0.423 0.23 0.081 0.078 0.614 0.147 0.137 0.127 0.204 0.136 0.524 0.284 0.151 0.15 0.767 0.265 0.221 0.167 0.263 0.203 0.551 0.391 0.215 0.219 1.023 0.346 0.263 0.206 0.324 0.26 0.511 0.263 0.27 1.199 0.396 0.344 0.223 0.344 0.318 0.611 0.329 0.319 1.306 0.465 0.395 0.241 0.391 0.348 0.692 0.401 0.397 1.395 0.527 0.46 0.246 0.47 0.391 1.197 0.528 0.462 1.508 0.581 0.516 0.285 0.521 0.455 1.372 0.603 0.513 1.629 0.646 0.541 0.346 0.592 0.512 1.452 0.669 0.586 1.724 0.716 0.581 0.391 0.617 0.544 1.54 0.739 0.668 1.875 0.783 0.645 0.411 0.681 0.587 1.654 0.84 0.738 1.994 0.84 0.722 0.469 0.716 0.676 1.767 0.96 0.841 0.899 0.784 0.512 0.775 0.722 1.943 1.096 0.96 0.977 0.845 0.579 0.796 0.747 1.146 1.034 1.023 0.865 0.612 0.839 0.791 1.201 1.085 1.078 0.909 0.661 0.899 0.846 1.346 1.187 1.147 0.981 0.693 0.966 0.904 1.385 1.221 1.201 1.079 0.759 1.027 0.917 1.423 1.277 1.28 1.14 0.844 1.071 0.97 1.488 1.335 1.306 1.209 0.863 1.131 0.987 4.533 1.384 1.366 1.28 0.903 1.16 1.028 1.601 1.424 1.431 1.364 0.965 1.191 1.088 1.654 1.498 1.508 1.381 0.997 1.231 1.139 1.724 1.593 1.565 1.437 1.043 1.281 1.208 1.783 1.654 1.604 1.502 1.07 1.364 1.235 1.91 1.699 1.629 1.573 1.131 1.43 1.278 1.948 1.779 1.726 1.65 1.15 1.487 1.343 1.845 1.773 1.728 1.19 1.534 1.376 1.924 1.819 1.778 1.245 1.593 1.43 1.936 1.851 1.856 1.282 1.646 1.487 1.98 1.892 1.973 1.306 1.722 1.509
1.973 1.316 1.772 1.543 1.364 1.819 1.592 1.376 1.85 1.649 1.399 1.891 1.672 1.434 1.936 1.706 1.496 1.99 1.733 1.546 1.779 1.613 1.84 1.634 1.861 1.674 1.929 1.724 1.98
1.767
1.819
1.875
1.925
1.937
1.986
Bubble Departing Time （ sec ） Heated Surface S2 Water Condition Saturated Heat Flux 31.12kW/m
21 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
0.068 0.01 0.025 0.654 0.067 0.057 0.016 0.18 0.182 0.077 0.006 0.191 0.057 0.065 0.937 0.078 0.1 0.069 0.464 0.262 0.119 0.085 0.264 0.121 0.122 1.242 0.129 0.116 0.093 0.713 0.317 0.149 0.149 0.33 0.168 0.164 1.571 0.14 0.134 0.128 1.212 0.404 0.182 0.257 0.385 0.248 0.179 1.953 0.189 0.156 0.155 0.459 0.26 0.321
0.44 0.316 0.202 0.204 0.192 0.179 0.509 0.313 0.397 0.48 0.334 0.247 0.254 0.253 0.257 0.569 0.395 0.444 0.508 0.382 0.319 0.318 0.313 0.315 0.616 0.444 0.52 0.567 0.437 0.382 0.398 0.386 0.388 0.735 0.519 0.554 0.606 0.491 0.44 0.452 0.433 0.433 0.791 0.549 0.596 0.702 0.516 0.502 0.48 0.457 0.464 0.834 0.596 0.656 0.784 0.549 0.555 0.526 0.491 0.502 0.919 0.613 0.722 0.863 0.57 0.616 0.559 0.509 0.542 1.011 0.66 0.825 0.939 0.602 0.67 0.602 0.543 0.601 1.111 0.713 0.895 0.996 0.668 0.716 0.653 0.601 0.657 1.47 0.726 0.976 1.072 0.703 0.795 0.707 0.655 0.708 1.544 0.779 1.017
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1.791
1.809
1.816
1.841
1.895
1.953
参考文献
[1] K.Nishikawa and Y.Fujita, "Correlation of Nucleate Boiling Heat Transfer Based on Bubble Population Density," International Journal of Heat and Mass Transfer vol.20, p.233 (1977)
[2] Robert Mallozzi, Ross Leonard Judd, Narayanaswamy Balakrishnan, "Interaction of randomness, overlap and the interaction of bubbles forming at adjacent nucleation sites in pool boiling,"
International Journal of Heat and Mass Transfer 43 (2000) 3317-3330
[3] Sushil H. Bhavnani, "Immersion-Cooled Heat Sinks for Electronics: Insight from High-Speed
Photography," IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies,vol.24,No.2,June 2001.
[4] Yuto Takagi, Masahiro Shoji, "Bubbling features from a single artificial cavity, " International Journal of Heat and Mass Transfer 44 (2001) 2763-2776
[5] 小林紀男,"加熱面上の時空間沸騰挙動," 東京大学工学系研究科 修士論文, 1999.
謝辞
まず，本研究を行うに当たり，ご指導を頂いた庄司正弘教授に感謝致します．先生とは奇遇に も同郷であり，中高６年間の多感な時期を過ごした愛光学園の大先輩にあたるということで，若 輩者ながら指導いただけることにいっそうの喜びを感じることができました．今後の益々のご発 展をお祈りいたします．
また丸山茂夫助教授には研究会等で助言や励ましを頂き，新たな意欲を持って研究を継続する ことができました．渡辺誠技官には実験装置に関して世話をしていただき，また実験を行うに当 たって数々の助言を頂き，無事実験を終えることができました．井上満助手には研究内容から研 究室の生活まで幅広く助言を頂きました．深く感謝いたします．
庄司・丸山研究室の先輩にあたる産業技術総合研究所の松本壮平氏には，お仕事が忙しい中，
加熱面の加工において大変親切にご協力いただきました．ありがとうございました．
山口先輩をはじめとする庄司・丸山研究室の先輩方には研究室生活になれない私を親切に受け 入れていただき，充実した研究室生活を送ることができました．これまでの研究室の生活で皆さ んから頂いたアドバイスをいかして残り２年の大学生活をより良いものとできるよう勉学に励み たいと思います．ありがとうございました．そしてこれからもよろしくお願いします．
ともに研究室で１年間苦楽を共にした庄司・丸山研の４年生の皆さんにも心より感謝したいと 思います．みな進む研究室はそれぞれですが，皆さんのご活躍を期待しています．
最後に同じ沸騰班として共に研究を行った博士の張さん，修士の横田さん，安井さん，３人の おかげで私はこの日を迎えられたのだと思います．基礎知識が無く，いろいろと迷惑をかけっぱ なしだった私に一から丁寧に指導いただきました．おかげさまで皆さんと過ごした１年間は決し て忘れることのできないすばらしい経験となりました．ありがとうございました．張さんの研究 がいっそう進展し，横田さんと安井さんが社会に出て大いに活躍されるのを楽しみにしています．
最後に，庄司・丸山研究室の発展を祈って，感謝の言葉としたいと思います．