2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of Novel Cooling System by Combination of Flow Pulsation and Boiling Heat Transfer
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19K14916
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| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
福江 高志 金沢工業大学, 工学部, 講師 (80647058)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 脈動流 / 強制水冷 / 伝熱促進 / 電子機器の冷却 / 沸騰実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年度は，発熱体まわりで発生する蒸気膜の生成と沸騰現象と脈動流の相関を可視化するため，脈動実験系の構築および動作検証まで実施した．作動流体として水を用い，脈動流を発生させ，高熱流束の実験が可能な実験系の構築を企図し，直径 6 mmの円柱発熱体を内部に実装した正方形断面のテストセクション（1 cm × 1 cm）を準備した．発熱体にはヒータユニットを接続し，カートリッジヒータを実装した．ヒータを発熱させ熱縮流部を介し，発熱体に熱流束を与えた．脈動流は電磁弁の開閉により誘起し，開閉時間を変化させながら脈動波形を変化させられるようにし，脈動条件による蒸気膜への影響度を比較できるような構成にした．
結果，脈動水流の実験系が完成し，脈動流による冷却実験を実施できるまでに至った．まずは発熱体に供給される冷却水温度が常温，かつ沸騰が発生しない熱流束条件下で，脈動水流による発熱体まわりの伝熱を検証した．テストセクション内部の時間平均流速を代表流速としたReynolds数が層流になる時間平均流速で実験を行った．結果，脈動流による高い伝熱促進効果を実験的に確認することができた．一方で，単相流条件下においても見られる脈動化による高い伝熱促進および作動流体の混合効果により，当初計画していたヒータユニットの構造および放熱性能では，放熱量と熱抵抗の両面から沸騰現象の可視化に不足してしまうことが明らかとなり，蒸気膜の可視化に向けたヒータユニットの再設計を要することがわかり，その対応まで行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
強制水冷の実験系の構築には成功し，脈動波形，時間平均流量をパラメタとした強制水冷実験が可能なところまで進めることができ，水を用いた脈動実験を体系的に実施できる環境を整えることができた．一方で，目標としていた蒸気膜の形成に至るまでの温度環境の構築は道半ばであり，特にヒータユニットの再設計を行う必要が生じた．再設計したヒータユニットは完成した．現在は実証試験の準備まで完了しており，今後の実験の推進により遅れを回復する計画である．以上の状況から，達成度を「やや遅れている」と評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
予備実験においては沸騰膜の除去が確認できている状況から，温度場の定量的な条件設定ができる加熱および流動条件の実現が急務である．新しく設計したヒータユニットの早期の実験系への実装を行い，運用法を確立する．また，水のサブクール度も制御できるよう，実験系の改良を進める．沸騰膜の形成試験を早期に行い，脈動化による沸騰膜制御の可視化を実現する．脈動条件，温度条件，熱流束条件それぞれをパラメタとした沸騰膜の除去および伝熱性能への影響を定量的に評価した上で，スケールダウンしたテストセクションにおける実験へと移行し，伝熱促進に対する寸法効果の影響を検証していく計画である．
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| Causes of Carryover |
次年度使用額の発生は，実験消耗品の経費を抑えたことにより発生したものである．2020年度の実験消耗品に充当する計画である．
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Research Products
(9 results)
