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本研究は、気泡構造と接触界線長さ密度との関連がつかみやすい「擬似二次元沸騰系(以下、沸騰系)」と接触界線領域の蒸発現象の顕在化が期待できる「マイクログルーブ系(以下、グルーブ系)」とに関する研究を両輪として、高熱流束沸騰における相変化機構の解明を目的としている。初年度である本年度は、沸騰系については、以下の結果が得られた。(1)低サブクール度では限界熱流束(CHF)はサブクール度に線形に依存し、高サブクール度ではサブクール度に依存しない飽和値に達する。(2)同一熱流束ではサブクール度の増大とともに発生する気泡平均径は急速に小さくなるが、CHF近傍の高熱流束沸騰においては、(実験範囲内のサブクール度では)サブクール度の増大とともに出現頻度は低下するものの気泡の合体による蒸気塊が出現する。(3)沸騰のバーンアウトは、高サブクール度においても蒸気塊の出現によりトリガーされる。これらの結果は、従来飽和沸騰におけるCHFと重要な連関にあると考えられ、またそのモデル化において鍵となる位置を占めてきた蒸気塊が高サブクールCHFにおいても重要な位置を占めていることを示しており、飽和沸騰におけるCHFモデルがサブクール沸騰におけるCHFに拡張できる可能性を示している。シリコンウェハー表面に矩形の溝加工を施したグループ系については、蒸発実験を行うとともに、ドライアウトを想定したCHFモデルを構築し数値解析を行い、以下の結果が得られた。(1)CHFは溝幅が小さいほど低くなるが、溝幅100μm、蒸発面高さ5mmの条件ではブール沸騰CHFを超える熱流束が実現できる。(2)上述のCHFモデルは、実験値とよく一致する。(1)の結果は、グループ系では極めて少量の液体供給により効果的に高熱流束を実現できることを示しており、また(2)の結果は、グループ系におけるCHFがドライアウトにより発生することを意味している。
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