2017 Fiscal Year Research-status Report
Investigation on liquid film formation on solid wall and its evaporative heat transfer by high-speed movement of liquid-vapor interface
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17K06183
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
岡島 淳之介 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (70610161)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 蒸発伝熱 / マイクロチャネル / 液膜 / 高熱流束冷却 / 相変化伝熱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高発熱密度を持つ電子デバイスの冷却や医療分野で求められている微小冷凍器などの実現を目指し、特にマイクロチャネル内の蒸気気泡の膨張現象とそれに伴う固体壁面上への液膜形成プロセスを明らかにし、高熱流束冷却を実現する機構について研究している。
平成29年度はマイクロチャネル内の蒸気気泡の膨張現象を数値シミュレーションにより解析した。液膜形成現象を理解するために適した解析条件を考案し、その条件のもと、作動流体FC-72について種々の条件下で液膜形成過程を解析した。気泡形状を評価し、液膜厚さおよび気泡の膨張速度を導出した。また、壁面の熱流束を計算し、液膜を通じた伝熱量を評価した。以上の解析から、(1)気泡先端近傍の液膜厚さは既存の経験式と同程度の値になること、(2)液相の過熱条件が大きい場合、気泡先端の移動速度が増加し液膜は厚くなり、固体壁の冷却への寄与が低下することを明らかにした。今後は、液体やマイクロチャネルの直径を変化させ、液膜の厚さと蒸発に伴う伝熱量の変化の関係を明らかにしていく。また、当初計画にあったミクロ液膜蒸発から接触線蒸発への遷移過程については、解析に着手し、数例の結果を得ている。解析条件を平成30年度に実施予定の実験と同様のものとし、実験の準備を兼ねて、今後詳細な検討を行う予定である。
また、平成30年度以降に実施予定の実験の準備に着手した。実験デバイスを樹脂によって簡易的に作成する方法を考案し、デバイスの試作と沸騰実験を行った。特に、気泡生成ヒータの特性を詳細に調査し、ヒータの設計と実装を現在行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定にあった「相変化を伴う液膜の伝熱特性の解明」については、特定の冷媒について既存の実験相関式との比較や伝熱量評価を行い、その特性を明らかにできた。また、液膜蒸発から接触線蒸発への遷移過程についても解析に着手している。さらに平成30年度以降に行う実験準備にも着手したことから進捗は十分である。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画書に記載の内容の通り、平成30年度はマイクロギャップ内の液膜の蒸発挙動を明らかにすることを目標とする。平成29年度に未達成であった液膜蒸発から接触線蒸発への遷移過程の解明を引き続き行う。さらに並行して、平成29年度に実施した数値解析を他の冷媒についても実施し、一般的な特性をさらに追求する。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことにより発生した未使用額であり、平成30年度の請求額と合わせ、平成30年度の研究遂行に使用する予定である。
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