A heat flux of more than 10 MW/m2 has to be removed in high heat flux components such as the divertor/limiter and the NBI beam dump. Water in the subcooled flow boiling regime is thought to be the most promising coolant for this purpose. This paper aims to give a reliable prediction method for the critical heat flux which determines the cooling capability. Subcooled flow boiling in a round tube with a uniform heating condition was selected as it presents fundamental information. An empirical correlation is proposed, based on experimental data at ambient pressure measured by the authors and on existing published data at high pressure. The validity of the correlation was confirmed. The Weisman-Pei model was also confirmed to have good accuracy. Based on both the authors' and the Weisman-Pei correlations, the pressure and exit quality of water required to remove a heat load of more than 40 MW/m2 were determined. The conditions are, in general, a pressure of more than 1 MPa, mass velocity more than 10000 kg/m2 s, and quality around −0.25. The effects of tube length and inside diameter on the critical heat flux are also discussed.
10 MW/m²を超える熱流束は、ダイバータやリミッタ、NBIビームダンプなどの高熱流束コンポーネントにおいて除去する必要がある。水のサブクール流動沸騰領域は、この目的に最も有望な冷却媒体であると考えられている。本論文は、冷却能力を決定する限界熱流束に対する信頼性の高い予測手法を提供することを目的とする。均一加熱条件下での円管内サブクール流動沸騰は、基礎的な情報を提供するものとして選定された。著者らによる大気圧下での実験データと、既存の高圧下での公表データに基づいて、実験的な相関式が提案された。この相関式の妥当性が確認された。また、Weisman-Peiモデルも良好な精度を有することが確認された。著者らの相関式とWeisman-Pei相関式の両方に基づき、40 MW/m²を超える熱負荷を除去するために必要な圧力と出口クオリティが決定された。その条件は、一般的に、圧力1 MPa以上、質量速度10000 kg/m²s以上、クオリティ約-0.25である。管長と内径が限界熱流束に及ぼす影響についても考察されている。