本論文では、水平細管内におけるCO2流動沸騰熱伝達過程の流動状態及びその変化特性について理論解析と可視化実験研究を行った。可視化実験結果に基づき、低蒸発温度におけるCO2の理論流動状態予測モデルを更新した。実験条件は以下の通りである：熱流密度（7.5〜30 kW/m2）、質量流量（50〜600 kg/(m2・s)）、飽和温度（﹣40〜0 ℃）、乾き度（0〜1）、内径（1.5 mm）。理論解析により、質量流量が熱伝達過程で経験する流動状態形態に決定的な役割を果たし、熱流密度はリング流-乾燥領域、乾燥領域-霧状流の境界遷移曲線に大きく影響し、飽和温度は流動状態遷移に重要な影響を与えることが示された。可視化研究結果から、理論流動図に基づき、細管内のCO2流動沸騰熱伝達の流動状態を良好に予測でき、異なる運転条件下での流動状態変化傾向も反映可能であるが、理論流動図は乾燥領域及び霧状流領域の予測に偏差が大きいことも確認された。実験データに基づき、液相・気相の粘度比という無次元因子を導入し、新たな臨界熱流密度予測モデルを提案した。質量流量と熱流束の影響を考慮し、更新された臨界熱流密度予測モデルと実験データに基づき、沸騰数Bo値を導入して理論流動図中のリング流-乾燥領域、乾燥領域-霧状流及び間欠流/弾状流-リング流境界遷移曲線を更新した。可視化研究で得られた流動状態データの89.4%が更新後のCO2理論流動予測モデルと整合している。

CO2; 細管; 流動沸騰; 流動図