撥水および親水性固体壁を有するマイクロチャンネル内の流動・伝熱特性の解明

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16560174
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 鈴木 祐二 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (20242274)
• Keywords: マイクロチャンネル / 撥水性固体壁面 / 気液二相流 / 液膜破断 / 流動特性 / 親水性固体壁

Research Abstract

ガラス円管に撥水特性を有する無色透明かつ平滑な表面構造を有するシリコン表面改質剤を塗布して試験部とし,さらに窒素流路系を試験部に接続し,水-窒素の気液二相流実験を行い,管路中の発生する圧力損失を測定した.さらに,その周囲からマイクロスコープおよび高速度ビデオカメラにより気液流動様式を観察し,流動特性のマッピングを行った.液相の見かけ流速の小さいところで,脈動する様子が確認された.流速の大きな場合は気液交互に流れるスラグ流となり,減速するにつれ管壁の液膜が破断し,管壁に液膜の存在しないセグメント状に気液が完全に分離する流れとなる.さらに加速下においては壁面で液膜が取り残される形となり,後方からの液柱と合体することによりスラグ流に転ずる.セグメント状の流れの際には,スラグ流に比べて大きな圧力損失が生じていた.これは,液膜の存在しないセグメント状流れでは,固体壁からの液相のはがれ(液柱後端部)と付着(液柱前端部)および界面流動による流動抵抗の存在の影響があると考えられる.さらに,酸化チタンコーティングのマイクロチャンネルを製作し,親水性壁面による流動特性について検討し,撥水性壁面との比較を行うことを試みた.親水性壁面を用いることにより,撥水性壁面とは異なり,気液二相流における液膜の破断といったことは起こりにくいことが予想され,相変化を伴うマイクロチャンネル熱交換器等への応用としては,相変化による圧力損失の低減の可能性が期待される.しかしながら,コーティング剤や微粉末など様々な酸化チタンのガラス面へのコーティングを試みたが,残念ながら満足のいく酸化チタン膜を形成することができなかった.一見うまくいっているようなものについても,流動によりすぐにその膜面が剥がれてしまう結果となってしまった.今後とも継続して問題の解決を行う予定である.