45-0.3
Nusselt's Eq. (T w=4.2K) Sato et al. (し=32mm)(16) He
0.2
0.1
Q 。
46-200/0
/
é
/
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200/0
o
No.1 Data(n-H21 L=30mm) /
・No.2Data /;'
(n-H21 L=70mm) / / ムDrayer et al. (5)
(p-H21 L=113mm) 100
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\〉〉)HCω一o一ヒω00」ω』ωC何」ト何回ω工
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10-1
200/0ノ/
10-1
Experimental Heat Transfer Coefficient h exp (W/m2 •
K)
X 10-4Nusselt式の比較 実験値と
8 1
図 2
勺I'A斗
NII本= 1.82 . S-O.115 • Re牢・(J・21H 一(2-8) 式(2-8)のS=( 3Fi)l/5 は液膜の表面張力の影響を表す無次元数であり、
酸素， 窒素， 水素， ヘリウムについて液膜温度の変化によるSの値を計 算した結果を図2 - 2 1に示す 。 本実験およびHaseldenら、 Drayerら、
佐藤らの実験条件から、 酸素， 窒素， ヘリウムはS=200、 水素はS=350 とした。 Haselden らの窒素， 酸素の実験結果は式(2-7)， (2-8)の傾向とほ ぼ一致していることから、 凝縮液膜は上部で層流、 下部で波状流が形成 され、 その結果、 式(2-6)より大きな凝縮熱伝達率が得られたと考えられ る。
次に本実験で得られた窒素および、水素の凝縮液膜が層流であることの 検討を行う。 上原ら(28)の報告では層流から波状流への遷移レイノルズ 数は式(2-7)の場合Re本=7， 式(2四8)の場合Re牢=0.156S、 従って窒素 の場合(S=200) Re牢=31 、 水素の場合(S=350) Re牢=おとなる。 一 方、 石松ら(29)の鉛直壁面を流下する液膜の流動可視化実験では、 Re牢<
1200の範囲では Re牢に拘わらず、 上端から50'"'""70 mm程度までは波立 ちが存在せず、 滑らかな表面の液膜であると報告している。 また、 上原
ら (ρ3引刊川{り川叩lり)
上端から5刊0'"'""1 00 mmの所で波が発生していると報告している。 さらに Ewaldら(4)の実験でも、 本実験より膜レイノルズ数が大きい と予想され るが、 凝縮管 (L= 200 mm)の下部のみに小さな波が観測された と報告 している。 以上の ことから、 1号実験装置(L=3 0 mm)の窒素， 水素の 実験および2号実験装置(L=70 mm)の水素の実験では、 伝熱面上の凝 縮液膜の 状態はほぼ層流と考えられる。
1号実験装置で得られた窒素， 水素の凝縮数(即ち、 凝縮熱伝達率 ) が層流の式(2-6)より低い値を示す理由として次の ことが考えられる。 凝 縮壁温度は上端から 2 mm， 22 mmの2個所で測定しているが、 実験時
の両者の温度差を調べてみると、 最大時、 過冷度t1Tの15%程度あり、
凝縮壁下部の温度が高くなっている。 これはG-M冷凍機からの熱伝導 により凝縮管を冷却していることが主な原因と考えられる。 凝縮壁温度 は全長3 0mmに対し、 2 mmと 22 mmの2点の算術平均を使用している
-48-ため、 凝縮壁の平均温度を低く推定しており、 その結果、 凝縮熱伝達率 の値を小さく算出したと考えられる。 2号実験装置では、 凝縮管を冷却 する超臨界ヘリウムを上下方向に往復させて温度分布を小さくする構造 を採用しており、 さらに凝縮管(L=70 mm)の上端から3 mm， 30 mm 57 mmの3個所で壁温を測定して平均温度の測定誤差を小さくしている。
従って、 2号実験装置から得られた水素の結果は図2- 1 8， 図2-2 0に示すように層流の式(2-4)， (2-6)に良く一致していると考えられる。
-49-発 コZ
v、
o
ハunu
」ω心εコZco一芯ωcω刀C00
101
Experimental Data
o
No.1 Data (N21 L=30mm)ムHaselden et al. (N21 L=400mm)(14) 企Haselden et al. (021し=400mm)(14)
Nu*==1.47・Re*-3
10-1
100 101 102
Film Reynolds Number Re*
103 104
図2 - 1 9 窒素の膜レイノルズ数と凝縮数の関係、
101
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10-1 100
Nu* =1.25・Re*4
Experimental Data
o
NO.1 Data (n-H21 L=30mm)・NO.2 Data (n-H21し=70mm) ムDrayer et al. (P-H21 L=113mm)(5) 口Sato et al. (He， L=32mm) (16)
一一一Nu*=1.47・Re*-3
•
\ Nu*寸82.S - 0.11 5. Re*-O.218
� . 、 . / (S =200)
ω0百戦ミ吾 、 N77=1 勺 : iue* - 0218 口
101
ム ム ムム 舟 苧 ぶ 咲 口 口包口口町口口白口
ム
102
Film Reynolds Number Re *
103
図2 - 2 0 水素の膜レイノルズ数と凝縮数の関係
104
103
ぱ3、、、
マー-f・崎、
比の)日ω 102
N 2
nu nU
4 .. ，
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4EE--101 102
Liquid Film Temperature Tf
(K)
図2 - 2 1 液膜温度による無次元数Sの変化
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