MEMS伝熱面を用いた高熱流束域沸騰における合体気泡底部気液構造の解明

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21860016
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 丹下 学 The University of Tokyo, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教 (70549584)
• Keywords: 沸騰熱伝達 / MEMS

Research Abstract

目的:本研究は,原子力・製鉄・電子冷却における高熱流束除熱を背景に,高熱流束沸騰でよく起こる合体気泡の液膜構造と除熱メカニズムを解明することを目的とする.具体的には,MEMS技術を用いて合体沸騰気泡の最小単位を実験的に実現し,液膜構造の直接観察と伝熱面温度分布の時間変化を計測する.
簡易な沸騰容器による2次元沸騰実験:
まず,1mmx20mmの細長い加熱面をガラス面で挟み込んだ沸騰容器を作成して,模擬的な2次元沸騰を再現し,気泡核の距離と気泡合体の様子を観察した.気泡合体とマクロ液膜の生成は確認されたが,周囲への熱拡散が無視できず設計したヒータでは熱流束が十分ではないことが解った.また,ガラス面と伝熱面からなるコーナーを気泡核として意図しない沸騰気泡が多数発生したため,流れの2次元性に疑問が残ることが解った.壁面の濡れ性を変え同様の実験を行う予定である.
MEMS伝熱面のデザイン:
マクロ液膜の生成を実現するMEMSチップを開発した.具体的には気泡核の発泡トリガーを3つ,間隔を空けて配置し,発泡トリガー間には熱電対を設置している。発泡トリガーはキャピラリ長さを参考に0.5mm,1mm,1.5mmの気泡核間隔をとれるように配置され水の電気分解によって水素を発生させ,強制的に気液界面を生成する.発泡トリガーの周りに微細な熱電対が配置され液膜の構造を温度変化によって推測する.ガラスマスクおよび沸騰水槽の作成を完了し,MEMS加工の条件決定等を行った.来年度より具体的なMEMS伝熱面の作成とそれによる沸騰実験を行う.
国際伝熱学会への論文投稿:
国際伝熱学会へMEMS伝熱面に関する論文を執筆・投稿し採用された.来年度の発表へ向け,実験データを追加する.