| 研究課題/領域番号 |
16360107
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
熱工学
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
大田 治彦 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (50150503)
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| 研究分担者 |
井上 浩一 九州大学, 大学院・工学研究院, 講師 (70380574)
新本 康久 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (30226352)
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| 研究期間 (年度) |
2004 – 2005
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| 研究課題ステータス |
完了 (2005年度)
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| 配分額 *注記 |
12,500千円 (直接経費: 12,500千円)
2005年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
2004年度: 10,100千円 (直接経費: 10,100千円)
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| キーワード | 沸騰 / 相変化 / ミクロ液膜 / マランゴニ / 狭隘流路 / 自己浸潤性 / センサ / 局所熱伝達 / センサー |
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| 研究概要 |
超高発熱密度対応の小型冷却システムを開発するために、冷却手段として除熱能力の高い沸騰・蒸発現象の適用を考えた。本研究では、この冷却方法に関する基礎的、普遍的、系統的な考え方を見出すことを目的に、基礎現象の解明から実際の応用形態までの各種実験を行った。
まず高熱流束核沸騰時に問題となる気泡底部の薄液膜蒸発に着目し、薄液膜挙動の詳細観察と気液メニスカスに沿った熱流束分布を詳細に計測するために、88個の温度センサとヒータからなる透明伝熱面を開発した。さらにフィードバック制御システムを導入して、最も単純な条件である伝熱面表面温度一定条件での加熱を実現した。水平下向き面での沸騰実験により、沸騰気泡付着部において沸騰気泡底部の薄液膜蒸発による熱伝達促進効果を確認することができた。
自己浸潤性混合媒体の使用による限界熱流束の増大を目的として、気泡底部のミクロ液膜挙動に影響するマランゴニ効果を検証するために、基礎実験として最も基本的なプール沸騰実験を冷却媒体としてアルコール水溶液を使用して行い、その熱伝達特性と限界熱流束を明らかにした。その結果、熱伝達特性、限界熱流束ともに濃度依存性を有することが分かった。また、限界熱流束に関して純水を上回る結果が得られ、自己浸潤性混合媒体を使用することの有用性が示せた。加えて、混合媒体の沸騰に対して影響する物性・現象の整理を行い、必要な相平衡データおよび物性データを推算した。
狭隘流路内強制流動沸騰は、実際の冷却システムでの応用形態の一つであるが、本研究では狭隘な主流路と非加熱副流路から構成される新しい構造の冷却システムを開発した。副流路からの液体供給によって、限界熱流束を2倍程度以上に増大させることが可能であることを確認した。
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