Mass transfer with mist formation for laminar flow in vertical cooling tube with constant temperature wall. Experimental and theoretical study on fuel gas refining system with cryogenic freezer
- 1. Kyushu Univ., Fukuoka (Japan). Faculty of Engineering
Description
A cryogenic freezer system is one of the most effective methods for the fuel gas refining system in a D-T fusion reactor. At the low operating temperature of the freezer system, it is anticipated that the mist formation in the flowing fluid may decrease mass flux on the cooling surface. In this paper an experimental and theoretical work on the removal of condensable vapor was carried out for laminar flow in vertical cooling tubes with a constant temperature wall to determine mass transfer rates with mist formation. The condensable vapor used is n-butanol or water vapor. The experimental mass transfer rates were in good agreement with the deposit rates of the mist on surfaces due to thermophoresis added to the vapor flux calculated from the critical supersaturation model for duct flow. The flowing mist could be removed to 99.9% by using a glass fiber filter. (author)
Availability note (English)
Available from DOI: https://doi.org/10.3327/jaesj.31.487Abstract (Japanese)
D-T核融合炉燃料ガス精製システムの一つとして、2段階冷却低温フリーザー法が考えられている。このフリーザー内の凍結現象は、熱と物質の同時移動現象であり、またこれに加えて、(1)低温操作であるため気流中でミストが生成し、蒸気圧が拡散支配から飽和蒸気圧あるいは臨界過飽和蒸気圧支配に移る可能性があること、(2)生じたミストの冷却面へ移動があること、(3)フリーザーの外部から冷却を行うため非等温流となり、自然対流と強制対流の共存した流れとなること、(4)長時間の操作を行うと壁面に付着した凝結層による伝熱抵抗の増加が生じること、が予想される。このようにフリーザー内の物質移動現象は複雑であり、その質量束を評価することは工学的設計にとって非常に重要である。そこで本報では、構造が簡単で冷却操作の容易な外側冷却の垂直円管型のフリーザーをとり上げ、この凍結除去操作の基礎研究として、まず凝縮性蒸気としてn-ブタノール、キャリアガスとしてN2を用いで、上記の(1)∼(3)の問題点について実験的および理論的に検討した。さらに、フリーザーでの除去が考えられている水蒸気を用いて上記の(4)を含めて検討した。まず理論解析においては、冷却面への蒸気質量束を臨界過飽和モデル(ある地点における過飽和度が臨界過飽和度に逹選した時ミスト生成が起こり、以後その地点の蒸気圧は臨界過飽和蒸気圧に保たれる)、あるいは飽和モデル(ある地点の蒸気圧が飽和蒸気圧に達した時ミスト生成が起こり、以後その地点の蒸気圧は飽和蒸気圧に保たれる)を円管内層流物質移動に適用して計算した。さらに熱泳動効果によるミスト質量束を求め、このようにして求めた2つの質量束を加算して実験結果と比較検討した。さらに冷却管内をすりぬけたミスト除去のため、がラス繊維フィルタを用いた回収実験も行った。(日本)Additional details
Additional titles
- Original title (Japanese)
- 定温冷却垂直円管内流れにおけるミスト生成時の物質移動.核融合炉燃料ガス精製システムにおける低温フリーザー法の実験的および理論的検討
Identifiers
- DOI
- 10.3327/jaesj.31.487;
Publishing Information
- Journal Title
- Nippon Genshiryoku Gakkai-Shi
- Journal Volume
- 31
- Journal Issue
- 4
- Journal Page Range
- p. 487-496
- ISSN
- 0004-7120
- CODEN
- NGEGAL
INIS
- Country of Publication
- Japan
- Country of Input or Organization
- Japan
- INIS RN
- 54004131
- Subject category
- S42: ENGINEERING; S71: CLASSICAL AND QUANTUM MECHANICS, GENERAL PHYSICS;
- Descriptors DEI
- CRYOGENICS; LAMINAR FLOW; MASS TRANSFER; PHASE TRANSFORMATIONS; VAPOR CONDENSATION
- Descriptors DEC
- FLUID FLOW
Optional Information
- Notes
- This record replaces 20082050