沸騰蒸発条件の最適化による超高発熱密度対応小型冷却システム開発のための基礎研究

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16360107
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 大田 治彦 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (50150503)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 浩一 九州大学, 大学院・工学研究院, 講師 (70380574) ; 新本 康久 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (30226352)
• Keywords: 沸騰 / 相変化 / ミクロ液膜 / マランゴニ / 狭隘流路 / 自己浸潤性 / センサー / 局所熱伝達

Research Abstract

高熱流束核沸騰時に問題となる薄液膜蒸発に着目し、冷却方法に関する基礎的、普遍的、系統的な考え方を見出すことを目的として、気泡底部液膜挙動の詳細観察と気液メニスカスに沿った熱流束分布を詳細に計測することを試みた。
まず最低数の温度センサを使用して、気泡底部薄液膜とドライパッチの境界部である三相界面と直角方向ライン上での局所熱流束分布を計測するためには、まずこのライン上に微細な温度センサを配列する必要があるが、三相界面位置の予測ができないことから、縦横とも複数のラインでの計測が可能となるように温度センサと透明ヒータを透明基板を介してそれぞれマトリックス状に配列した。表面温度をもとに比例制御によるヒータ出力へのフィードバックがかけられるように回路を組み、伝熱メカニズムを解明するのに最も簡単な系として、伝熱面表面温度一定の条件を実現できるかどうかを沸騰実験で局所バーンアウトを発生させて検証し、各条件ごとに、その精度を明らかにした。沸騰実験中、裏面からの気液挙動の観察は問題なく行えたが、三相界面位置の特定は困難であったので、照明や観察手段についてさらに検討を行った。
さらに、混合媒体の使用による限界熱流束の増大を目的として、気泡底部薄液膜挙動に及ぼすマランゴニ力の影響を検証するための基礎実験としてプール沸騰実験を行い、複数のアルコール水溶液に見られるアルコール低濃度域での核沸騰熱伝達特性と限界熱流束値の偏差について明らかにした。また混合液の核沸騰時における熱伝達と限界熱流束に関して、正負それぞれの影響について理論的整理を行った。またこれに必要な相平衡データを構築した。