微細流路内沸騰における界面挙動と熱伝達特性の高精度把握・冷却能力評価方法の確立

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25289040
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 大田 治彦 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50150503)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 新本 康久 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30226352)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 熱工学 / 沸騰二相流 / 狭あい流路 / 高性能熱交換器 / 混合媒体 / 強制流動沸騰 / プール沸騰

Outline of Annual Research Achievements

微細流路における沸騰二相流を利用した小型高性能冷却システムの開発を目的として、単一細管における強制流動沸騰熱伝達特性を把握し、沸騰二相流現象を支配する力の支配領域およびその境界と、その支配領域における流動形式を明らかにした。沸騰二相流現象を支配する力の支配領域とその境界を明確化するために、「力の支配領域線図」による整理法を用い、気液二相流体に働く力として体積力、慣性力、表面張力の3力に注目した。これらの力の比で表される3つの無次元数（ボンド数、ウェーバー数、フルード数）を導入し、これらの大きさの相対関係によって力の支配領域の遷移境界を見出した。
管内径0.51mmの単一細管で、試験液体としてFC72を用いた強制流動沸騰実験（水平流）を行い、熱伝達係数の評価と気液挙動の観察を行った。乾き度が0.3未満の範囲で、低熱流束域では熱伝達係数の熱流束依存性が顕著に現れており、核沸騰が支配的であると考えられた。乾き度0.3を超える範囲では、質量速度や熱流束に関係なく、細管特有の性質である低乾き度におけるドライアウトによる伝熱劣化が確認できた。高速度カメラを用いて気液挙動の観察を行い、液膜の周方向分布から重力の影響を受ける範囲を見積もり、流動様式と熱伝達特性の関係性を確認した。力の支配領域については、熱流束が増加するにつれて体積力支配領域が拡大し、支配領域の境界として定めているウェーバー数またはフルード数が大きくなる方向に遷移した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

27年度が最終年度であるため、記入しない。