2021 Fiscal Year Annual Research Report
極低流速域における相変化熱伝達特性の解明と自励振動熱輸送デバイスへの応用
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19K04220
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
宮田 一司 福岡大学, 工学部, 准教授 (00610172)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 非定常相変化二相流 / 自励振動ヒートパイプ / シミュレーション / 極低流速相変化熱伝達 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，小型高性能の熱輸送デバイスとして電子機器冷却や宇宙空間での利用が期待されている自励振動ヒートパイプ（PHP）の未解明の動作原理を明らかにすることを目的としています．PHPは多数の折り返し流路で構成され，内部を流れる冷媒の流速は激しく変化しており現象が複雑であるので，このような非定常の流れを解析できる新しいシミュレーションモデルを開発し，その解析結果をもとに自励振動流が生じる原理の解明を行っています．また，PHP内の冷媒の流れで特徴的な，極低流速域（振動により流れの向きが変わる瞬間）の相変化熱伝達特性を明らかにするための実験を行っています．
研究期間の最終年度には，本研究で開発した自励振動ヒートパイプの動作シミュレーションモデルに，核沸騰によるランダムな気泡の発生を模擬した簡易モデルを組み込むことを行いました．これにより，初期状態として液相と気相の配置が大きく偏っているようなケースに対しても応用できるようになり，熱輸送現象が起動する初期の挙動を含めて予測が可能となりました．
研究期間全体を通して，以下の成果を得ました．まず，低流速域で過渡的に流量が減少する過程の蒸発熱伝達率を計測する実験装置を製作して計測を行い，流量が急激に変化する場合の熱伝達率の予測方法を示しました．また，PHPのシミュレーションモデルを開発し，発達した状態の自励振動熱輸送現象を予測するだけでなく，作動流体の圧力が変化する場合や，気液各相の配置に偏りがあるような過渡的な状態に対しても予測可能なモデルを作成しました．これらの成果により，自励振動現象を引き起こす流れ場や圧力場の特性が明らかになりました．
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