2020 Fiscal Year Research-status Report
熱ほふく流を用いたKnudsenポンプの相似則の解明と流動解析に関する研究
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19K04190
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
松本 裕昭 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (10251753)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | クヌッセンポンプ / 熱ほふく流 / ペルチェ素子 / DSMC解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
熱ほふく流を駆動源とする Knudsen ポンプの高効率化と小型化を目的とし，令和2年度は前年度に作成したペルチェ素子を駆動源とした Knudsen ポンプシステムを模擬した流れ場について Direct Simulation Monte Carlo(DSMC)法による解析を行い，実験結果と比較した。具体的には，実験装置と同寸法のガラス管に実験と同じ形状とサイズのペルチェ素子を模擬した平板を表面が管軸に垂直になるように並べ，平板の片側の面ともう片側の面に温度差（温度比）を付けることで熱ほふく流を発生させ，ガラス管の両端（計算領域の両端）に生じる圧力差（圧力比）を計算した。まず最初に，計算領域内に配置する平板枚数を１枚と３枚として解析を行い平板の枚数が圧力差に及ぼす影響を調べた。計算条件は，ガラス管直径を代表長さとする Knudsen 数を Kn=0.1，平板の高温度側と低温度側の温度比を TH/TL = 1.05 とした。その結果，計算領域内の平均温度は平板の枚数の多い方が若干高くなる傾向にあるが，両端の圧力比には影響がないことが確認され，駆動源となる平板の1枚分について解析を行えば良いことが確認された。次に，駆動源の平板間隔を変化させ，実験結果と比較した。実験では高い圧力比を得るためには，ペルチェ素子（平板）間隔に最適値のあることが確認されていたが，シミュレーションでは平板間隔の違いに依る圧力比の変化はそれほど確認されなかった。今後，ガラス管壁面の境界条件や板の厚み部における境界条件，分子間衝突モデル，特に二原子分子の衝突モデルの有効性の検討などを行い，実験結果との相違を明らかにし，流れ場の解明に努める予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
新型コロナウイルスの影響で，当初予定していた以下の２項目が実施できなかった。
1．中真空から低真空領域における微差圧計による2つの容器内の圧力比の測定。
2．ペルチェ素子に代わる新しい素子（異常エッチングスハウゼン効果を示す新素材）を用いたシステムの製作。
1については、入構規制等により納入が大幅に遅れたため。
2についても、入構規制により実験が制約された他素材の調査ならびに購入が困難であったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
微差圧計が昨年度末に納入されたことと入構規制が緩和されたことなどから，中真空から低真空領域におけるポンプ性能を検討する実験を実施したいと考えている。また新しい素材の性能も検討し，引き続き計算も実施する。
今年度の研究の遅れを取り戻すために計画的に研究を進めたいが，できれば研究期間を1年延長したいと考えている。
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| Causes of Carryover |
コロナウイルスの影響で，購入予定の物品が購入できなかったり，納入が遅れたりしたため。次年度は，当初予定していた装置の改良，部材の購入に充てる。
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Research Products
(1 results)
