2014 Fiscal Year Annual Research Report
宇宙機熱システムの飛躍的発展を目指した自励振動ヒートパイプの研究
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14J03928
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
大丸 拓郎 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 航空宇宙工学 / ヒートパイプ / 熱制御 / 熱流体 / 混相流 / 数値計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では自励振動ヒートパイプ（Oscillating Heat Pipe: OHP）の一次元内部流動モデルの構築、及びそれを用いて自励振動流が発生する条件を特定するための数値計算によるパラメトリックスタディを行った。それと同時に次年度に予定している、内部流動可視化実験のための準備を進めた。
OHPは気液二相流体を用いた熱輸送デバイスの一種であり、従来型のヒートパイプよりも高性能かつ軽量・薄型なため次世代宇宙機への応用が期待されている。動作メカニズムは従来型のヒートパイプのそれとは異なり、蛇行微小管内で発生する振動流もしくは循環流を用いることで、熱を輸送するものであることが知られている。しかしながら、メカニズムが複雑であることから実用化を達成するためには課題が残る。本研究は実験・計算の両面からのアプローチによりOHPの宇宙応用達成を目指すものである。
一次元内部流動モデルの構築においては、前年度までに進めていた内部流動モデルのプロトタイプに、より詳細な熱流動現象のアルゴリズムを付加することでモデルを改善した。このモデルは実験結果との比較を行うことで、数値計算結果が定性的な妥当性を示していることを確認した。
次にそれらのモデルを用いて、初期の気液の分布条件を数種類シミュレートし、自励振動流が発生する条件を解明した。その結果、初期気液分布にアンバランスさが内在するときには自励振動が発生し、OHPが正常に起動することがわかった。これらの結果をまとめ、国内学会および国外学会において発表した。その結果、国内学会の一つで優秀発表賞を受賞することができた。
最後に来年度に実施予定である可視化実験に関して、装置の設計、研究室既存の可視化用OHPを用いた高精度可視化法の手法確立を行った。ここでは可視化実験用OHPにテフロンチューブを用いることで、これまでにないシステムを構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度に研究のマイルストンとして予定していた自励振動ヒートパイプ（OHP）の一次元内部流動モデルの構築および、それを用いた振動流発生条件を特定するためのパラメトリックスタディを行い、当初の計画以上の結果を得られている。
また、次年度に実施を予定しているOHPの内部流動可視化実験の準備として、実験装置の設計、可視化手法の検討を計画を前倒しして行うことができており、研究は当初の計画以上に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は内部流動の可視化実験から内部流動様式の遷移条件の割り出しを行うと共に、そのデータをフィードバックすることで内部流動モデルの高精度化を行う予定である。
また、さらなる研究の展望としては、内部流動モデルを核として、これまで経験的にしか行われていなかった自励振動ヒートパイプの設計ツールの構築、軌道上実証試験とのコリレーションを通して宇宙応用達成を目指す。
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