2017 Fiscal Year Annual Research Report
Physical Mechanism of Ultrahigh Heat Flux removal by Nano-macro Hybrid Porous Material
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15H03928
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
森 昌司 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (10377088)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 限界熱流束向上 / 沸騰 / 相変化 / 多孔質体 / ハニカム多孔質体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
受動的な手法により高熱流束除熱を可能とする冷却の物理を明らかにするため、本課題では、熱伝達を律速する相界面近傍の詳細な情報を取得し、複雑な沸騰現象を素過程に分離した実験を行ってきた。それらの結果から、高熱流束除熱の物理モデルを前年度までに明らかにした。最終年度は、機構論的モデルに基づき新規ハニカム最適構造を提示し、その上で材料科学の知見を導入し、ハニカム多孔質体を製作し、高熱流束除熱が達成可能か検証を行った。具体的には、空孔剤であるカーボンファイバーを含んだアルミナスラリーを磁場配向させることで細孔構造を制御したハニカム多孔質体を作製することができた。加えて、3Dプリンタを用いた方法によりハニカム多孔質体のセル幅や壁厚、構造体高さを制御できた。また、 多孔質体の透過係数 K を測定したところ、磁場配向させなかった場合のものに比べて、磁場配向させたものは約 1.3倍に向上していることがわかった。このように K の値が向上したのは、多孔質体内を液体が透過する 際の流路である細孔が、磁場配向により流れ方向に対して平行で流動抵抗が小さくできたからである。ただし、ダルシー則より理論的に求めた透過係数よりも、実測値はこれに比べて極めて小さかった。これはカーボンファイバ（直径7μm、長さ40μm）とセラミック混合物のスラリーを磁場配向・乾燥後にカーボンファイバー同士のつなぎ目が律速となり（水銀圧入法によるとそのつなぎ目の孔の大きさは1μm程度と推察）透過係数の向上を妨げていることが示唆された。製作したハニカム多孔質体で 限界熱流束を測定したところ提案する理論モデルと定性的な傾向が一致し、その絶対値のオーダに大きなずれはなかった。今後の課題として、細孔構造をさらに改良し透過係数を向上させることで、飛躍的な限界熱流束の向上を検討することが挙げられる。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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