| 研究課題/領域番号 |
19K04190
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
松本 裕昭 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (10251753)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
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| キーワード | 希薄気体流れ / 熱誘導流れ / 熱ほふく流 / Knudsen ポンプ / 流れの相似則 / DSMC / 速度すべりと温度ジャンプの条件 / Al-Ga-As, Ga-As-Si 半導体 / 速度すべり条件 / 温度ジャンプ条件 / モンテカルロ法 / ミクロ流れ / クヌッセンポンプ / ペルチェ素子 / DSMC解析 / エッティングスハウゼン効果 / DSMC法 / 希薄気体効果 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
分子の平均自由行程が系の代表長さに比べて無視できないような希薄気体領域では，壁面の温度勾配や空間の非一様な温度分布により熱誘導流れが生じる．この希薄気体特有の流れを利用した Knudsen ポンプは，稼働部に機械的要素を持たないため，マイクロエンジニアリングへの応用が期待されている．Knudsen ポンプをミクロ領域に適用するためにはシステムの小型化と，微小な領域における温度制御，ポンプ内で生じる損失と流量やポンプ効率の推定法の確立などの課題を明確にする必要がある．本研究ではシステムの微小化のための最適な駆動源の選定，温度制御法，システム内の損失，スケール則等について明らかにする．
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| 研究成果の概要 |
熱ほふく流によって作動するKnudsen pumpの性能を10Paの低圧条件で実験的に調べ，数値解析により熱ほふく流とポンプ性能の関係を調べた。またシステムをマイクロスケール領域に適用するための相似則について検討した．実験よりポンプ効率はKn=0.1の時に最大になり，最大効率を与える最適な素子間隔のあることが確認された。また数値計算により素子にポンプ作用のあることが確認された。Al-Ga-AsとGa-As-Siからなる半導体を常圧で作動するポンプに適用することを想定しミクロとミリスケールのシステムの数値解析を行い，Knudsen数と温度勾配を一致させると相似則が成り立つことを確認した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
熱ほふく流れを利用したポンプシステムが，ペルチェ素子を複数枚並べるといった単純な構造で作成できることを確認し，その性能を実験と計算により検討した。ポンプ効率と希薄度，最適な素子間隔などを実験と数値解析により明らかにした。近年提案された，Al-Ga-AsとGa-As-Siからなるミクロスケールの半導体を常圧下で稼働するKnudsenポンプに適用するために，常圧下と低圧下でのシミュレーションを行い，Knudsen 数と駆動部の温度勾配を一致させると流れ場が相似になることを示した．
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