| 研究課題/領域番号 |
17K06218
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| 研究機関 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 |
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研究代表者 |
安藤 麻紀子 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (60748094)
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| 研究分担者 |
永井 大樹 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (70360724)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 逆止弁 / 自励振動型ヒートパイプ / スタートアップ / 沸騰 / 濡れ性 |
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| 研究実績の概要 |
逆止弁付き自励振動型ヒートパイプ（Oscillating Heat Pipe with Check Valves、以下CVOHP）では、初期気液分布によってスタートアップしにくい現象が確認されている。特に、CVOHPの冷却部側に作動液が偏在した場合が最もスタートアップしにくい。
スタートアップ特性改善のアプローチとして、①液が偏在したとしてもスタートアップする方法、②液の偏在を抑制する方法の2つが考えられる。①に関しては、逆止弁の配置に着目した検討を前年度に引き続き実施した。平成30年度に新規製作した可視化用金属製CVOHP供試体を用いた実験の結果、逆止弁配置によって液の偏在に至るまでの気液挙動に違いが生じることがわかった。逆止弁を冷却部近傍に配置すると、液が冷却部側へ偏ったとしても、気液の運動は完全には停止しないことがわかり、この状態であれば加熱部に熱を与えるとスタートアップすることが確認された。
また、①の他の方策として、OHPのターンごとに沸騰しやすさ（ここでは沸騰開始を左右するキャビティ径をパラメータとした）を変えることで、スタートアップ特性改善が図れるのではと考えた。数値解析の結果、全てのターンで同じ沸騰しやすさを持つ場合よりも、ターンごとにバラつきを持たせたほうが隣り合うターン間で圧力差が生じやすく、この圧力差が駆動源となってスタートアップ特性改善に寄与しうることがわかった。
アプローチ②に関しては、流路表面の濡れ性制御に着目して検討を進めた。本研究では作動流体としてHFC-134aを想定しているが、HFC-134aは蒸気圧が高く、大気中では濡れ性評価（接触角測定）が困難である。そこで、高圧環境下で接触角を測定する装置の構築を行い、測定可能な目途が得られた。また、今後濡れ性制御を行った上で可視化実験を行うための供試体を製作し、実験的検証ができる準備を整えた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
数値解析による原理的な裏付けと実験的検証を併用して、逆止弁配置によるスタートアップ特性向上効果を実証するとともに、可視化実験により詳細な物理現象に対する理解を深化させることができた。加えて、逆止弁配置以外の特性改善方法も立案し数値解析によってその効果を確かめる等、一定の成果を上げることができた。また、次年度に向けて濡れ性をパラメータとした実験ができる準備も整い、研究は概ね順調に進展していると考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は液の偏在を抑制するというアプローチに重点を置いて検討を進める。偏在抑制方法としては、流路表面の濡れ性に着目する。冷却部は疎水性にし加熱部は親水性にするという方針を基本として考えているが、配置のパターンや具体的な濡れ性制御方法については詳細検討が必要である。濡れ性制御による液の偏在抑制とそのスタートアップ特性改善への効果の検証を、数値解析と実験の双方で進める。数値解析モデルはこれまで本研究で用いてきたものをベースとしつつ、濡れ性の影響に関するモデリングを新たに追加する。実験については、平成30年度に設計・製作した供試体を用いて実施し、解析結果と合せて考察を行う予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究分担者との打合せを主にテレビ会議で行ったことにより、旅費の使用額が当初見込みより少なかった。次年度使用額は令和元年度の旅費あるいは物品費の一部として使用する予定である。
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