| 研究課題/領域番号 |
17H03169
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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 |
流体工学
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| 研究機関 | 弘前大学 |
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研究代表者 |
城田 農 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (40423537)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2019年度)
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| 配分額 *注記 |
18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)
2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2017年度: 14,690千円 (直接経費: 11,300千円、間接経費: 3,390千円)
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| キーワード | 沸騰 / 液滴衝突 / 臨界熱流束 / マイクロレイヤー / 蒸発 / 凝縮 / 衝突液滴沸騰 / サブクール沸騰 / 核沸騰 / 気泡微細化沸騰 / 非平衡熱伝達 / 液滴 / 熱伝導 / 相変化 / 混相流 / 気泡 / 遷移沸騰 / ライデンフロスト沸騰 / 沸騰熱伝達 / ライデンフロスト |
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| 研究成果の概要 |
加熱面へ液滴が衝突すると，液滴が衝突する数ミリ秒程度の時間に，加熱面と液滴との界面上を，激しい膨張収縮運動を伴うリング状のサブクール沸騰波が広がる。臨界熱流束が得られる温度領域付近で見られるこのような衝突液滴内特有の沸騰現象を，私たちは衝突液滴沸騰と名付けた。本研究では，衝突液滴沸騰を特徴付ける蒸気泡の運動を，高速度拡大撮影によって詳細に捉えた。また，球形気泡の運動方程式に基づく数理モデルを構築し，実験結果と比較することで，その妥当性を検証した。
その結果，衝突液滴沸騰では，加熱面上に発達する温度境界層と，気泡底部に形成されるマイクロレイヤーからの熱供給が支配的であることを明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
情報技術の高度化や，半導体デバイスの高集積・大型化に伴う半導体チップ冷却技術の向上が求められる中，噴霧冷却が有力視されている。従来の噴霧冷却では，加熱面上に液膜が形成されるほどに，液滴を大量に吹き付けてきた。対して申請者は，本研究において，衝突液滴が急加熱されることで生成される蒸気気泡が，液滴の衝突変形過程において，激しく凝縮するいわゆるサブクール流動沸騰領域が高温領域へ自発的に広がって行く現象に着目し，数理モデルを構築した。
本研究成果によって，より最適な噴霧冷却手法が今後見出され，それにより現代科学を象徴する高度技術の飛躍的な性能向上や高効率化へとつながることが期待される。
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