| 研究課題/領域番号 |
22K20411
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0301:材料力学、生産工学、設計工学、流体工学、熱工学、機械力学、ロボティクス、航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
梅原 裕太郎 九州大学, 工学研究院, 助教 (80961755)
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| 研究期間 (年度) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 沸騰 / クエンチ現象 / 金属多孔質体 / 液体窒素 / クエンチ現象促進 / 限界熱流束 / クエンチ / クエンチ温度 / 熱伝達率分布 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
液体による高温面の急速冷却は、工業分野で広く利用されており、重要な事象である。一般的に、高温面の冷却速度は高温面で生じる沸騰現象に支配されており、冷却初期段階において遅く、ある地点で急激に速くなることが知られている。この遷移は、クエンチ現象と呼ばれる。申請者は、現象論的クエンチモデルを提案しているが、促進因子を考慮しておらず、現モデルでは不十分である。本研究では、申請者が明らかにしたクエンチ現象メカニズムをもとに、高温面側のクエンチ現象促進因子（熱物性値、表面性状等）を変化させ、促進因子の影響を考慮した新たなクエンチモデルの構築を目指す。また、得られた知見から普遍的な急速冷却手法を確立する。
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| 研究成果の概要 |
高温物体を冷却する際，冷却初期段階において，高温物体が蒸気膜に覆われる膜沸騰が生じる．膜沸騰においては，固液接触が制限されることで，熱伝達率が非常に低い．この膜沸騰から核沸騰への遷移をクエンチ現象という．このクエンチ現象を早期に起こすことが急速冷却の実現に向けて大きな課題であった．本研究では，冷却材として液体窒素を用いて，冷却実験を実施した．その際，銅ブロック表面に電解析出法を用いて作製した金属多孔質体を用いて高温体の急速冷却を行った．金属多孔質体を装着することで，装着しない場合に比べて，冷却時間を十分の一にすることに成功した．また，金属多孔質体により急速冷却が生じるメカニズムを明らかにした．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
高温物体を急速冷却するニーズは，様々な産業分野でみられる．鉄鋼業界では，高温に熱した鉄を急速冷却することで鉄本来の性能を向上する焼入れが実施されている．ロケットに利用される液体燃料は，極低温流体であるため，ロケット構成物のすべての流路を極低温環境に冷却しなければならない．急速冷却できれば，極低温使用量の削減などコスト削減に寄与できる．以上のことから急速冷却技術の確立は，広く社会に黒衣kンすることができる．
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