2014 Fiscal Year Research-status Report
マイクロチャネル内相変化熱流動による超高熱流束冷却機構の学理構築
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25820054
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
岡島 淳之介 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (70610161)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | マイクロチャネル / 相変化伝熱 / 高熱流束冷却 / 冷却デバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高発熱密度を持つ電子デバイスの冷却や医療・生物学分野で求められている微小冷凍器などの実現を目指し、マイクロチャネル内相変化熱流動現象を利用したマイクロメートルオーダーの微小領域における高熱流束冷却機構について、基礎理論を構築し、理論に基づいた応用展開への第一歩を目指す。
平成26年度はマイクロチャネル内相変化流動の特性解明を行った。相変化を考慮したVOF法による数値計算コードを用いてマイクロチャネル内の気泡の膨張過程を解析した。種々の条件下での液膜厚さの評価を行い、既存の理論との比較を行い、相変化特有の効果について検証した。またマイクロチャネルを多数配置した冷却フィンの伝熱量を計算し、冷却性能を評価した。同時に矩形流路を用いた冷却フィンについても検討を開始した。相変化伝熱を用いた矩形フィンの冷却は、フィン効率が低下するため、伝熱量を計算しても過小評価してしまうことがわかった。今後、相変化の非定常性を考慮した計算が必要となることを明らかにした。
また並行してマイクロチャネル内相変化熱流動を利用した冷却デバイスの研究も行った。ここで研究した冷却デバイスは医療用極細クライオプローブであり、内部の流路はマイクロチャネルとなっている。冷却プローブ内の伝熱現象と冷却対象物の伝熱現象を連成させ、解析を行った。錬成解析は実験データを良く再現しており、内部の伝熱現象の推定が可能であることが明らかとなった。本成果は4年目に計画している高熱流束冷却機構の低温特性の基礎的な知見となる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
数値解析に時間を要したため、予定していた実験の着手が困難になった。数値解析からは期待通りの成果を得ることができた。平成２７年度は実験の実施を予定している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度はマイクロチャネル内気泡膨張過程の計測により理論の検証を行う。温度や熱流束の熱的条件が、気泡膨張速度や気泡長さに与える影響を評価する。液膜厚さを直接測定することは困難と考えられるため、気泡膨張速度や気泡長さを理論値と比較することにより間接的に推定する予定である。
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| Causes of Carryover |
平成26年度に予定していた予算を効率よく使用でき、さらに次年度予定している実験の消耗品に備えることが良いと判断したため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことにより発生した未使用額であり、平成27年度請求額と合わせ、平成27年度の研究遂行に使用する予定である。
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