核沸騰
核沸騰とは、伝熱面上にランダムに分布したキャビティと呼ばれる微小なくぼみから気泡が発生する沸騰様態で、核沸騰が起こる温度領域は2つに区分することができる。伝熱面過熱度の小さい低熱流束域で気泡が互いに干渉することなく発生・成長・離脱する孤立泡域と(図の沸騰曲線では伝熱面過熱度4 〜 10°C)、伝熱面過熱度が大きい高熱流束域で気泡同士が合体して蒸気塊を形成する合体泡域あるいは気泡干渉域である(右沸騰曲線の伝熱面過熱度10°Cから限界熱流束点まで)。温度や熱流束の値は伝熱面の表面性状(例: 粗さ、汚れ)や寸法、姿勢、流速等に影響される。例えば伝熱面が粗い場合にはキャビティが多く存在し気泡核が成長しやすいために沸騰開始温度は低く熱伝達率は高くなる傾向にあり、平滑面では逆となる。
伝熱面過熱度がある値を超えると合体した気泡が伝熱面から液への熱の移動を阻害するようになり、伝熱面過熱度の上昇に伴い熱流束が低下する特異な傾向を示す(遷移沸騰域)。核沸騰域から遷移沸騰域へ移行する際に現れる熱流束の最大点を限界熱流束点と呼ぶ。
核沸騰では一般的に数°Cから数十°Cの伝熱面過熱度のもとで数万から百万kW/m程度の大きい熱流束を伝達することができるため、伝熱手段として実用上非常に優れており多くの機器で使われている。しかし、沸騰機器の設計の際には限界熱流束の存在を考慮して安全限度を設定しなければならない。
核沸騰は非常に効率の良い伝熱の形態であり宇宙空間での熱マネジメントにも有用と考えられるが、低重力の条件下においては一般化した予測式は得られておらず、さらなる研究が必要である。