2012 Fiscal Year Annual Research Report
急速冷却を革新する微小液滴蒸発の物理と表面性状効果
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24246038
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
高田 保之 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70171444)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 厚史 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10243924)
河野 正道 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50311634)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | スプレー冷却 / 表面粗さ / 濡れ性 / 液滴 / 固液接触 |
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| Research Abstract |
平成24年度は主に単一液滴の衝突過程の観察とスプレー冷却実験の2つを行った．単一液滴の衝突実験では，熱伝達に大きく影響すると考えられる液滴の高温面上での最大広がりと液滴と高温面と固液接触時間の2つを測定し，液滴蒸発の素過程を理解することを目的とした．スプレー冷却の実験では，連続で液滴を射出し高温面を冷却し，500～100°Cまでの高温面の温度と対応する時間を測定し，高温面の表面粗さが冷却に及ぼす影響を明らかにすることを試みた．電気炉で試料内温度620℃まで加熱し，液滴を衝突させて，冷却曲線を得た．単一液滴の衝突実験では600℃から20K毎に高速度カメラで測定を行った．複数ノズルの冷却試験では8本のノズルを用いて液滴を連続で射出して試料内温度が100℃になるまで冷却した．その結果，以下の知見を得た．
(1)表面粗さが大きくなると，固液接触時間は長くなる．しかし，試料面温度が高くなるとこの傾向は小さくなる．
(2)試料温度に係わらず，表面粗さは液滴の最大広がりには影響しなかった．
(3)表面粗さが大きくなると主に高温域において冷却速度が上昇した．表面粗さが最も大きいRa10 の場合，最も小さいRa0.04 の場合と比較して冷却時間が約30%短くなった．また，表面粗さが大きくなると濡れ限界温度も高くなり冷却時間が短くなった．
さらに，赤外線画像による基板上の液滴蒸発については，予備実験を開始した．
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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
衝突液滴による高温面の冷却試験については，順調に成果が出ており，国際会議や国内会議でその成果を発表した．一方，赤外画像による液滴蒸発時の温度分布，熱流束分布の計測については，エディンバラ大学，メリーランド大学と共同で実験装置を製作し，予備的な実験を開始したところである．ただ，濡れ性をはじめとする表面性状を高度にコントロールする技術を確立するために，加熱面を電子顕微鏡で観察する試料ホルダーを自作する予定であった．ところが、当研究代表者・分担者の想定しなかった電子顕微鏡メーカー側の指示によってそのホルダーの自作は中止せざるをえなくなり、メーカーに特注する方式に変更を余儀なくされた．このため，一部の研究項目をH25年度で行うよう変更した．しかしながら，多少の遅延はあるが，研究期間全体を通じて，初期の研究目的は達成できる見込みである．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度は，赤外画像による液滴蒸発の素過程の計測に研究の重点をシフトする．これに伴って，エディンバラ大学，メリーランド大学との連携を強化し，今後の実験を進める．特に，揮発性液滴の蒸発における湿度の影響については知見が不十分なので，雰囲気をコントロールした状態での蒸発試験を実施する．さらに数値シミュレーションによる蒸発伝熱のメカニズムの解明も検討する．また，電子顕微鏡を用いた表面性状の観察についても研究を進めていく予定である．
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[Journal Article] Heat Transfer of Small Droplet Impinging onto a Hot Surface (Effects of Droplet Diameter,Impinging Velocity, Surface Roughness)2012
Author(s)
Fukatani,Y., Fukuda, S., Hidaka, S., Kohno, M. and Takata,Y.
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Journal Title
Proceedings of the ECI-8th International Conference on Boiling and Condensation
Volume: -
Pages: 1521
Peer Reviewed
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[Journal Article] Subcooled Boiling from a Surface with Spotted Patterns of Hydrophilic and Hydrophobic Coatings2012
Author(s)
Tashiro, M., Suroto, B.J., Kakitani, T., Hidaka, S., Kohno, M. and Takata,Y.
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Journal Title
Proceedings of the ECI-8th International Conference on Boiling and Condensation
Volume: -
Pages: 1520
Peer Reviewed
