2020 Fiscal Year Research-status Report
多孔体核沸騰素過程の理解に基づく超低熱流束ループヒートパイプの創出
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20K14956
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
小田切 公秀 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 特任助教 (50866481)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 多孔質体 / 核沸騰 / 気液二相流 / 低熱流束 / ループヒートパイプ / キャピラリーポンプループ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
熱的リソースが限られる深宇宙探査においては、分散して存在する低発熱密度機器の熱エネルギー有効利用がミッション成立のために重要となる。本研究の目的は、毛細管力によって駆動する多孔質体熱流動系における核沸騰素過程および濡れ制御特性を明らかにし、超低熱流束ループヒートパイプ(LHP)設計理論を確立することである。本研究は、マイクロスケール多孔体内の核生成挙動および核沸騰気液界面挙動の可視観察、多孔体界面熱輸送を含む熱流動解析によって研究目的を達成する。さらに微細構造表面の濡れ制御により、低熱流束条件において核沸騰熱伝達を促進可能な構造を明らかにする。まず、熱流動可視観察装置を構築し、(1)毛細管力駆動熱流動系における気泡核生成メカニズム、(2)本系における周期的な核沸騰、多孔体内気液置換メカニズム、(3)濡れ制御が核生成・熱伝達特性に与える影響を明らかにする。次に、超低熱流束LHP構築および理論モデルを用いた検証を行い、設計理論の確立を目指す。これまでに気液界面挙動観察装置を新たに構築した。本装置は、多孔質試料および加熱用板を交換可能であり理論構築に向けた体系的なデータ取得を可能にする。ステンレス多孔質試料・エタノールの組み合わせにおける顕微ハイスピード可視観察を実施し、気液界面の動的挙動など予備的なデータを取得した。次年度に多孔質材料および加熱板表面の微細構造の有無など、パラメータを変化させた本格的なデータ取得に臨む予定である。また熱流動観察の知見を活かすことが可能な対象である、超低熱流束LHP、低温LHP、キャピラリーポンプループ(CPL)のプロトタイプを製作し、基本特性を取得した。今後は、低熱流束条件下の気液界面挙動の可視観察と理論モデル構築、システムレベルでの温度・流体挙動の把握に取り組む。
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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
予定通り顕微ハイスピード可視観察装置を構築し、予備的なデータ取得に成功し、さらに応用先デバイスのLHP、CPLのプロトタイプ製作および性能評価を実施できたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、可視観察に用いる多孔質試料の細孔半径、浸透率および加熱板表面特性を変化させ低熱流束での核沸騰素過程および細孔内での気液置換メカニズム、熱伝達特性に与える影響を評価する。また上記の知見を反映し、超低熱流束LHP蒸発器を設計・製作し、特性評価、理論モデルへのフィードバックを行う予定である。
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| Causes of Carryover |
今年度の物品購入を進めた結果、端数として発生した金額である。来年度の実験用物品費に使用予定である。
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[Presentation] 極低温における熱制御2021
Author(s)
永井大樹, 常新雨, 安達拓矢, 小川博之, 篠崎慶亮, 澤田健一郎, 西城大, 金城富宏, 小田切公秀, 秋月祐樹, 長野方星, 上野藍
Organizer
第21回宇宙科学シンポジウム
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