2023 Fiscal Year Annual Research Report
The boundary between micro and macro in heat transfer from micro-bodies to gases
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21H01263
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| Research Institution | National Institute of Technology, Kumamoto College |
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Principal Investigator |
高松 洋 熊本高等専門学校, 熊本高等専門学校(八代キャンパス), 校長 (20179550)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藏田 耕作 九州大学, 工学研究院, 教授 (00368870)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 微小伝熱面 / 気体 / 対流熱伝達 / 希薄性 / 高クヌッセン数 / 自然対流 / 対流発生限界 / 熱伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究代表者が考案したマイクロビームMEMSセンサの特長は，センサが小さいため熱伝導のみに支配されることにある．そこで，この特長が活かせるセンササイズの限界を明らかにすることを目的として，最終年度の本年度は，センサから周囲への熱伝達に及ぼす自然対流の影響をシミュレーションで明らかにした．長さ：幅：厚さが1：0.1：0.02のセンサを想定し無次元化した基礎方程式を解くことによって，自立薄膜センサが流体中で一様発熱した場合のセンサ温度を求めた．センサ材料は白金または金，流体は空気，水，メタノール，エタノール，トルエンを想定し，センサ長さを代表寸法としたグラスホフ数が10^-7 < Gr < 10^7の範囲でセンサの平均温度を算出し，自然対流がなく熱伝導のみを仮定した場合のセンサの平均温度との比を求めた．その結果，熱伝導のみに支配される限界は，液体の場合にはGr < 5程度，空気の場合には金センサではGr < 10^3，白金センサではGr < 10^4であることが明らかになり，センサの寸法の設計に有用な情報を得ることができた．
本研究全体の成果を総括すると，微小センサから気体への熱伝達に対して表面熱抵抗の考え方を導入することにより，気体の希薄性の影響を気体の種類にかかわらず普遍的，定量的に表すことに成功した．一方，自然対流の影響が現れ始める条件については，シミュレーションにより限界グラスホフ数を求めることができたものの，流体の種類やセンサ形状によらず結果を一般的に表すまでには至らなかったので，これについては研究期間終了後もさらに検討を行っていく予定である．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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