マイクロオーダ凹凸を持つ新機能面による熱伝達の高機能化に関する基礎的研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10650197
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 成合 英樹 筑波大学, 機能工学系, 教授 (70134210)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 矢部 彰 工業技術院, 機械技術研究所, 室長
• Keywords: マイクロオーダー / 凹凸面 / 超微細 / 流動抵抗 / 熱伝達 / 固液界面 / 分子動力学 / 表面エネルギー

Research Abstract

ナノメーターからミクロンオーダーまでの凹凸形状を表面構造に持つ伝熱面で、熱伝達の高機能化を実現するための基礎研究として、昨年度の超微細凹凸による流動抵抗低減現象に関する実験的研究に続き、熱伝達に関する実験及び理論的な研究を進めた。理論的研究として、超微細凹凸やコーティングによる撥水性を有する面での流動抵抗低減に関して、この要因を固体表面の低表面エネルギーによる固液分子間の相互作用の低下によるものとして、分子動力学手法による解析を行った。この解析により、固液界面ですべりの発生を示すことができたが、シミュレーションの限界から計算が極めて微少な領域で行われたため、実験による抵抗低減を固液相互作用の低減より生ずるすべりであると定量的に説明するところまではいかなかった。領域を拡大するなどして検討を続けることが今後の課題である。次いで超微細凹凸面の熱伝達について、層流域の強制対流熱伝達実験を行い。超微細凹凸面が熱抵抗を有すること、この要因として低表面エネルギーの固液界面に滞留する空気層の存在が有力であること、等の成果を得た。
以上、2年間にわたる研究として、超微細凹凸を持つ表面での流動抵抗低減や熱抵抗の存在などに関し、実験的に確認を行いさらに要因を推定できた。そして、その要因解明のための理論的研究として、分子動力学手法を適用する解析を行い、領域の限界から定量的に説明できるところまでは進めなかったが、その可能性を示唆する成果を得た。そしてこれら成果をとりまとめた。

Research Products

• [Publications] M.Hasegawa, et al.: "Drag Reduction & Thermal Behavior of Nanoscale Concave-Convex Surf"Thermal Science & Engineering. Vol.7,No.6. 133-138 (1999)
• [Publications] M.Hasegawa,et al.: "Drag Reduction on Microscale Concave-Convex Surface"Proc.ASME Heat Transfer Div.. Vol.364-1. 317-322 (1999)
• [Publications] 長谷川雅人他: "はっすい性微細構造表面による流動抵抗低減に関する研究"日本伝熱シンポジウム講演論文集. Vol.1. 199-200 (1999)