2004 Fiscal Year Annual Research Report
気泡微細化沸騰とミニチャネルを活用した高性能冷却システム開発のための基礎研究
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16360099
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
庄司 正弘 独立行政法人産業技術総合研究所, エネルギー技術研究部門, 連携研究体長 (00011130)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 満 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (30010854)
竹村 文男 独立行政法人産業技術総合研究所, エネルギー技術研究部門, 主任研究員 (20313041)
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| Keywords | サブクール沸騰 / 気泡微細化沸騰 / マイクロチャネル / 高性能冷却デバイス / マイクロバブル |
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| Research Abstract |
小型で高効率、高性能な冷却デバイス開発を目指し、気泡微細化沸騰の未解決の諸問題について基礎的研究を行なうという研究目的を達成するため,平成16年度は初年度として申請計画とおり下記2種の基礎実験を並行して行った。すなわち、基礎実験1として「加熱細線を用いたプール沸騰実験」を行い、サブクール度による限界熱流束の変化を調べ、その上限が数MW/m^2にも及びこと、マイクロバブルの大きさは概ね数十ミクロンであり、サブクールの増加と共に小さくなり、高サブクール度(40度以上)ではほぼ10ミクロン程度になること、高速ビデオにより気泡微細化の過程を観察して,その発生メカニズムはキャビテーション方式でなく,気泡の界面の不安定化、気泡部分の一部離脱から生じていることなどを明らかにした。さらに沸騰音圧を測定し、3つの周波数域にピークがあり、その周波数が1次気泡の蒸発と凝縮、マイクロバブルの発生に関連したものであることを明らかにした。次に、基礎実験2として矩形流路内の強制流動サブクール沸騰の実験を行った。つまり、矩形ミニチャネルの1面を加熱面とし他の3面を断熱状態に保ち、チャネル内にサブクール水を流したときの熱流束および流れの圧力低下を測定した。実験パラメタはサブクール度とチャネル高さとしたが、今年度はサブクールはほぼ一定に,チャネル高さを200μmから1mmまで変化させて、その影響を見た。その結果、平均熱流束が最高で約7MW/m^2を得、またチャネル長さが適当長であるときは、圧力損失は水単相の場合と大差ない状態が実現できることを見出した。この結果、気泡微細化沸騰とマイクロチャネル構造体を用いて高性能で高効率な冷却デバイスを実現できる可能性があるとの結論を得た。
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