2021 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 – 2023-03-31
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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 / エッティングスハウゼン効果 |
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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3年度は昨年度に続き，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)法による解析を行った。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。昨年度平板の枚数を3枚とした解析を行ったが，実験結果と詳細に比較するために，実験と同じ6枚とした．計算に用いる二原子分子の衝突モデルのパラメータを実在気体の輸送係数（粘性係数，熱伝導係数，体積粘性率）から最適化した。更に平板の高温度側と低温度側の温度比を TH/TL = 1.07 とし，圧力に及ぼす温度比の影響も調べた。その結果，平板前後で圧力がステップ状に上昇し，圧力比は昨年度の3枚の時のほぼ倍の値となることを確認した。温度比を高めることにより圧力比も増大することが確認され，実験の傾向を再現することが確認された。ただし，平板間隔が圧力比に及ぼす影響はほとんど見られず，実験結果を再現することは出来なかった。引き続き実験との祖語の原因を解明する。
また，実験では，システムの小型化を目的とし，エッティングスハウゼン効果を利用した1mm角の駆動源を作成した。次年度はこの駆動源の性能を確認するほか，異常性磁気ペルチェ効果等の新たな駆動源の可能性についても検討し，研究を総括する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
理由
新型コロナウイルスの影響で，当初予定していた以下の項目が実施できなかった。
1．ペルチェ素子に代わる新しい素子（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と測定。
入構規制により実験が制約された他，半導体不足によりエッチングスハウゼン効果を測定する機材の納品が大幅に遅れたため
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| Strategy for Future Research Activity |
境界条件，特にガラス管壁の反射条件を再考し，シミュレーションを実施する。またエッティングスハウゼン効果や異常磁気ペルチェ効果などの新しい素材の駆動源への可能性を検討し，研究を総括する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染拡大により，実験用の一部の試料の購入が困難であったため
残額は試料の購入に充てる。
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