2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study on heat transfer mechanisms in flow boiling heat transfer in a microchannel for high-heat-flux cooling technology
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16K18030
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
矢吹 智英 九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (70734143)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 沸騰熱伝達 / 超親水性 / ナノ構造 / MEMS / ミクロ液膜 / マイクロチャネル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度は，①沸騰伝熱面の超親水化によるマイクロチャネル内流動沸騰の除熱限界促進と，②局所熱流束測定用熱流束センサの開発を行った．
①マイクロチャネル内流動沸騰では，気泡底部に形成される薄液膜の蒸発が重要な伝熱形態であるが，壁面の濡れ性によっては，形成された液膜が蒸発によってではなく壁面にはじかれて表面が乾く撥水型ドライアウトが生じる．本研究では，表面にマイクロナノ構造を加工して超親水化することにより，撥水型ドライアウトを防止して，安定的な薄液膜の蒸発を実現することで除熱限界を促進させることができた．接触角が70度程度で撥水型ドライアウトが生じるシリコン表面では除熱限界が1.1MW/m2であった．一方，エッチングで加工したシリコンマイクロ構造の表面に酸化銅ナノ構造を付与した超親水性構造では，シリコン平滑面の3.2倍に相当する3.5 MW/m2の高い限界熱流束促進が得られた．
②マイクロチャネル内流動沸騰の熱伝達メカニズムを調べるために，薄膜温度を基板厚さ方向に積層した熱流束センサを開発した．低熱伝導率の絶縁層（数ミクロン厚さのSiO2もしくはSU-8）を介して積層された二センサで絶縁層両端の温度を計測し，計測温度を境界条件とする絶縁層内の一次元非定常熱伝導を解析することで温度分布を求めて，温度勾配から熱流束を算出するのが，本センサを用いた熱流束計測の原理である．センサ製作と信号調整用アンプの自作に時間を要したため熱流束を計測する予備実験，沸騰実験まで至らなかったが，100kHzの計測周波数の時にRMS値が0.1K以下とノイズの小さな温度信号が得られるところまでは確認できたため，今後，沸騰時の局所熱流束計測に本センサを用いて，熱伝達メカニズムを調べていく．
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