解説 - 問題 7

次の各文章の【1】～【11】の中に入れるべき最も適切な字句、式又は記述をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。
また、【A ab.c】～【F ab.c】に当てはまる数値を計算し、その結果を答えよ。ただし、解答は解答すべき数値の最小位の一つ下の位で四捨五入すること。(配点計50点)

(1) 相変化を伴う熱伝達について考える。
1) 沸騰熱伝達について考える。
容器内の静止した液体(水)中に白金線を設置し通電加熱をすると、白金線の温度(伝熱面温度)が液体の飽和温度以下では【1】による熱伝達が起こる。さらに加熱し伝熱面温度が飽和温度以上になると、伝熱面表面で蒸気の気泡が発生するようになる。これが沸騰である。
伝熱面温度と飽和温度との温度差を過熱度と呼ぶ。過熱度がある程度大きくなると、沸騰が開始して蒸気の気泡が発生し、過熱度の増大とともに気泡の発生点数と発生頻度が増していく。このような沸騰形態を【2】と呼び、この領域では過熱度とともに熱流束の値は急激に増大し、ついには熱流束が極大点に達する。
さらに過熱度を増大させると、薄くかつ安定な蒸気が伝熱面を覆い、伝熱面から離れた気液界面で蒸発が生じる。これを【3】と呼ぶ。

2) 凝縮熱伝達について考える。
蒸気がその飽和温度以下の冷却面に接触すると、蒸気はその面上に凝縮する。鉛直冷却面を考えると、冷却面が凝縮液によって濡れにくい場合には【4】凝縮が起こりやすい。
一方、凝縮液が冷却面をよく濡らす場合には【5】凝縮が起こりやすい。この後者の場合の熱伝達率は前者よりも低い値となる。この理由は、【6】が熱抵抗要素になるためである。