2018 Fiscal Year Annual Research Report
Research and development of next-generation energy transport devices using functional and intelligence fluids
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26420126
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
山口 博司 同志社大学, 理工学部, 教授 (80191237)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
須知 成光 秋田県立大学, システム科学技術学部, 准教授 (00347204)
岩本 悠宏 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30707162)
桑原 拓也 日本工業大学, 基幹工学部, 准教授 (70602407)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 機能・知能性流体 / 混相流 / 感温性磁性流体 / 熱伝達特性 / MEMS / 自然対流 / VSIAM法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. MEMS磁気駆動熱輸送装置：流路内の非共沸混合磁性流体の流動特性を評価するために，磁石による磁場印加型の閉ループ流路内を非共沸混合磁性流体が循環する装置を用いて，磁性流体の熱回収量と流体駆動流量の計測を行った．また，入熱量・磁場・内部構造を変化させた際の流動特性の変化を実験的に調査した．流動特性変化を実験的に調査した結果，急縮小構造における駆動圧はどの温度条件・印加磁場強度でも単純な二重円管構造に比べ大きくなることわかった．また，駆動圧の増大に伴いテストセクション内部における流量が増大し，二重円管内壁面での流動が促進されたために急縮小構造における平均ヌセルト数は単純二重円管構造の場合に比べ増大した．さらに，入熱開始から磁性流体の駆動が定常となるまでの静定時間を調査したところ，急縮小構造では単純二重円管構造の1.6倍早く定常となることがわかった．
2. 非磁性粒子混入軽熱磁気自然対流：非磁性粒子混入系の自然対流の熱伝達特性の基礎的知見を得るため，一様磁場が印加可能な3次元矩形容器内で磁性流体中に加えるアルミナ粒子の個数および大きさを変更し実験を行った．その結果，流体中に粒子を加えることで粒子の流動が温度場を攪拌する効果と対流を妨げる効果の二つが得られ，両者の大小関係が粒子の体積，追随性，個数によって決定されることがわかった．そして，磁性流体単相の自然対流と比較して，熱伝達特性が最大34％向上することを確認した．また，熱伝達特性を評価するNuを算出するにあたって，本研究では感温性磁性流体に固体の非磁性粒子が混入しているため固液混合系における熱伝導率を考える必要があるので，熱回路網法を用いて理論式を導出し，実験値と比較した．その結果，熱回路網法から求めた固液混合熱伝導率と実験値の相対差は最大で3.23%となり，本研究で提案した手法が妥当なものであることを確認した．
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