平板に衝突し凝固する溶融金属液滴のミクロな熱流体力学と金属材料学

• Project/Area Number: 24K00813
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 19020:Thermal engineering-related
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 城田 農 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (40423537)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 峯田 才寛 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (20804602) ; 岡部 孝裕 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (70772713) ; 宮川 泰明 弘前大学, 理工学研究科, 助教 (60804599) ; 佐藤 裕之 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (10225998)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000); Fiscal Year 2026: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2025: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
• Keywords: 溶融金属 / 凝固 / 液滴衝突 / 結晶粒 / 接触熱抵抗

Outline of Research at the Start

本研究では，溶融金属液滴の衝突時における微細な流動と伝熱特性，金属材料特性との関係を明らかにし，熱伝導方程式に基づく数理モデルを構築する。高速度カメラと高速度IRカメラを用いて衝突液滴の挙動や基板の冷却熱流束を詳細に計測し，SEM分析で結晶粒の分布や凝固界面の硬度分布を調べる。運動量理論やVOFシミュレーションを活用して，接触熱抵抗と液滴流動の関係を解明する。さらに，液滴に電荷を与えることで接触熱抵抗を低減する効果を評価する。この研究成果は，新しい金属3Dプリンティングや急冷薄帯製造技術の開発に貢献するだけでなく，噴霧冷却や水滴の着氷現象のメカニズム解明にも役立つことが期待される。