| Project/Area Number |
20K14676
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
畠中 龍太 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (80725333)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 薄膜熱電対 / 液滴衝突 / 全反射法 / TIR / ライデンフロスト / 核沸騰 / 気泡成長 / 液滴 / 減圧環境 / 気泡核生成 |
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| Outline of Research at the Start |
蒸発潜熱を利用した噴霧冷却技術は将来の有人宇宙往還機のキー技術であるが、極めて複雑な物理過程を伴うため解析予測が困難である。本研究では、その基礎過程として減圧環境下において単一液滴が高温面に衝突する系に着目し、液滴運動や徐熱プロセスを予測可能な物理モデルの構築を目指す。具体的には、加熱面表面の温度変化を高速かつ高空間分解能で計測可能な温度センサを用いて、壁面上における熱流束分布とその時間変化を推定する。さらに、全反射法によって液滴-壁面間の接触状況を同時計測することで、熱流束の推定結果と液滴・気泡の動的な挙動を関連づける。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の最終目標は、減圧環境下において、雰囲気ガスの相対湿度の調整を行った上で加熱面に単一液滴を衝突させ、固体表面温度の高時間/空間分解能計測と全反射法(TIR)による固液接触部計測の2つを同時実施することで気泡成長と壁面熱流束を評価すること、およびそれを用いて液滴の加熱面衝突現象における減圧環境の影響を解明することである。減圧環境下で単一液滴を安定して滴下すること、TIRと温度計測を両立すること、液滴挙動に影響を及ぼさないように加熱表面を清浄に保つこと（あるいは清掃をしやすいこと）がデータ取得の観点で非常に重要である。
FY2023は、実験の成功率を上げるために真空デシケータ内の温度制御系や液滴生成器、光学系、データ収集系の改良を進めることで、実験をよりスムーズに実施できるようになった。薄膜熱電対アレイは、校正試験のやり方を検討した上で設計変更を行い、周辺治具の設計検討を進めたが、ハードウェアの試作や評価までは実施できなかった。 また、これまでに得られた実験データの解釈（特に濡れ広がる液滴内部の成長気泡の底部におけるミクロ液膜の有無）に関し、文献調査・検討・議論を進め、観測されている気泡成長速度を再現できるような物理モデルの検討を進めている。
FY2023は、約2か月の育児休業/関連休暇を取得したことに加え、他の期間も他業務で非常に多忙だったため、十分な時間を割けず、予定通りの進捗を得られなかった。そのため、補助事業期間延長申請を行い、FY2024も研究を継続することとした。FY2024は、改良版温度センサアレイの試作評価を行った上で、液滴実験におけるデータ収集、論文執筆を進めることを目指す。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
FY2023は育児休業取得および他期間における他業務多忙のため十分な時間を割くことができなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では非常に高度且つ新規性の高い実験技術に挑戦しており、また研究対象である液滴現象も極めて複雑であるため、各要素を切り出して段階的に成果発表を積み上げていきたい。
提案者が博士課程学生として在籍した東京農工大学（単位取得退学済/未修了）の田川教授、過去に1年間在籍したDarmstadt工科大学(ドイツ)のTropea教授・Roisman教授との連携を積極的に行って、液滴現象や伝熱モデル化に関して理論的な考察を進めていきたい。
FY2024は、実験データの完成度を上げることに拘りすぎず、研究成果のまとめに移行することを心掛けたい。
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