マイクロメッシュと分岐管内振動流を用いたマイクロ熱交換器

Research Project

Project/Area Number	12875040
Research Category	Grant-in-Aid for Exploratory Research
Allocation Type	Single-year Grants
Research Field	Thermal engineering
Research Institution	Tokyo University of Agriculture and Technology
Principal Investigator	望月貞成東京農工大学, 工学部, 教授 (10013715)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	村田章東京農工大学, 工学部, 助教授 (60239522)
Project Period (FY)	2000 – 2001
Project Status	Completed (Fiscal Year 2001)
Budget Amount *help	¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000) Fiscal Year 2001: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000) Fiscal Year 2000: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Keywords	希薄気体 / 熱伝達 / マイクロメッシュ / 振動流 / 分岐管 / 流れの可視化 / 物質伝達 / 低レイノルズ数 / 強制対流 / 剥離
Research Abstract	本研究は,(1)非常に低いレイノルズ数までを含む領域でのマイクロメッシュの伝熱性能評価を行う,(2)分岐管内振動流における熱・物質拡散促進機構を流れの可視化,濃度計測,数値解析によって取り扱う.そして以上二つによってマイクロ熱交換器を構成する場合の基礎データを収集する. マイクロメッシュ(担当望月)の実験では細線直径25μmと30μmの2種類のステンレス鋼製メッシュを用いての熱伝達実験を行った.真空ポンプによって圧力と空気流量を調整されたテストチャンバー内で一枚のマイクロメッシュを通電加熱し,その温度による電気抵抗値変化をブリッジ回路によって高精度に測定した.前年度(Re数は10^<-1>〜10^1,Kn数が0.02以下)からさらに広いRe数,Kn数領域での実験を試みたが,Kn数を大きく増加させることが出来ず,希薄化の明確な効果を確認することが出来なかった. 分岐管(担当村田)の実験では,ガラス製Y字分岐管を使用した.分岐角は70度であり,全体で3分岐を有する流路となる.実験条件は,Re=3.4〜170,000,ウォーマースリー数α=1.3〜78の範囲である.インク注入点から出口位置までのインク移動時間を計測して物質拡散状況を調べ,1回のストロークによってインクが分岐部まで到達するかが物質伝達量に大きく影響すること,分岐部での剥離泡に捕獲されたインクがその後に解放され物質輸送に寄与する様子が明らかにされた.分岐管の数値解析では,非構造格子有限体積法を用いて3次元非定常問題として分岐角を50, 70, 90度と3通りに変化させた計算を行い,分岐角度の増加とともに剥離泡が大きくなること,剥離泡の大きさと物質輸送量が単調な関係にはないことが明らかになった.