2018 Fiscal Year Annual Research Report
Local heat-transfer characteristic of a micro droplet impacting onto a heated surface under depressurized environment
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16K14166
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
畠中 龍太 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (80725333)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田川 義之 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70700011)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 液滴 / ライデンフロスト / 減圧環境 / 気泡核生成 / 気泡成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に識別した新たな液滴挙動に関して、改良した実験装置を用いて追加データ取得を進め、気泡成長・破裂に関する物理モデルを構築した（雑誌論文1本の投稿済/査読中）。また、全反射法によって液滴-壁面間の接触状況や気泡の成長を直接観察することに成功し、同モデルの前提となる仮説（接触部中心から単一気泡が大きく成長し破裂する）の妥当性を確認できた。液滴衝突における気泡成長速度に関しては過去に研究例が無く、今後TIRの結果を基に理論的な考察を深めることで更なる学術的成果が期待できる。なお、本研究で目指していた熱電対アレイ（後述）を用いた壁面温度の直接計測は期間内には実施できなかったが、今後それを実施し、気泡成長時の熱伝達特性に関する物理モデル提案につなげたい。
高速・高密度熱電対アレイは、FY28-29に試作した共同電極方式（Liu&Takase(2012), Necl. Eng. Design, 248, pp.166-171）に加え、リソグラフィ技術を用いた手法（丹下ら(2009), 機論B編75巻756号）でも試作を行い、両手法で適切な電圧信号出力と温度応答を確認した。液滴衝突実験では表面凹凸を100nm以下まで抑えることが望ましいが、前者では線挿入部に約300nmの突起が残る状況であり、精密研磨工程の改善が必要である。後者では、金属の組み合わせを工夫することで各種技術課題を解決し、また凹凸も目標値以下に抑えることができた。さらに熱電対の微弱信号を高速/低ノイズで読み出すアンプ回路を試作し、ノイズ振幅を±1℃未満に抑えつつ、最大20kHzで収集可能となった。今後、1)校正データ取得(特殊な金属種、超薄膜のため）と膜厚選定、2)実コンフィギュレーションでのノイズ評価、の2点が必要であるが、主要技術課題は解決しており、液滴衝突に適した熱電対アレイの実現の目処が立った。
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[Journal Article] Visualization of penetration of a high-speed focused microjet into gel and animal skin2019
Author(s)
Kiyama, A., Endo, N., Kawamoto, S., Katsuta, S., Oida, K., Tanaka, A., and Tagawa, Y
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Journal Title
Journal of Visualization
Volume: 印刷中
Pages: 1-9
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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