平板に衝突し凝固する溶融金属液滴のミクロな熱流体力学と金属材料学

• 研究課題/領域番号: 24K00813
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分19020:熱工学関連
• 研究機関: 弘前大学
• 研究代表者: 城田 農 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (40423537)
• 研究分担者: 峯田 才寛 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (20804602) ; 岡部 孝裕 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (70772713) ; 宮川 泰明 弘前大学, 理工学研究科, 助教 (60804599) ; 佐藤 裕之 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (10225998)
• 研究期間 (年度): 2024-04-01 – 2027-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円); 2026年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2025年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2024年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
• キーワード: 溶融金属 / 凝固 / 液滴衝突 / 結晶粒 / 接触熱抵抗

研究開始時の研究の概要

本研究では，溶融金属液滴の衝突時における微細な流動と伝熱特性，金属材料特性との関係を明らかにし，熱伝導方程式に基づく数理モデルを構築する。高速度カメラと高速度IRカメラを用いて衝突液滴の挙動や基板の冷却熱流束を詳細に計測し，SEM分析で結晶粒の分布や凝固界面の硬度分布を調べる。運動量理論やVOFシミュレーションを活用して，接触熱抵抗と液滴流動の関係を解明する。さらに，液滴に電荷を与えることで接触熱抵抗を低減する効果を評価する。この研究成果は，新しい金属3Dプリンティングや急冷薄帯製造技術の開発に貢献するだけでなく，噴霧冷却や水滴の着氷現象のメカニズム解明にも役立つことが期待される。