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2018 年度 実施状況報告書

ミクロスコピック熱流体輸送計測による微小流路内沸騰熱伝達機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K13706
研究機関九州工業大学

研究代表者

矢吹 智英  九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (70734143)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード沸騰 / ミニチャネル / ミクロ液膜 / MEMS熱センサ / 熱流束センサ
研究実績の概要

初年度は計画通り,①局所熱輸送計測用のMEMS熱流束センサの開発,②PIVによる薄液膜内流動観察実験を実施した.①について,開発した熱流束センサは二つの薄膜温度センサを,絶縁層を挟んで熱流方向(基板厚方向)に積層した構造をとっている.非定常熱伝導解析を行った結果,絶縁層材料に3ミクロン程度の低熱伝導率材料SU-8を用いれば,沸騰時の10kHz程度の100kW/m2以上の熱流束変動を計測できることがわかり,実際にMEMS加工プロセスでセンサを製作した.センサが適切に働いているか調べるための予備実験として,高温液滴滴下実験とプール沸騰実験を実施し,液滴が壁面へ衝突する際の熱流束変動,プール沸騰気泡底部ミクロ液膜の蒸発に伴う熱流束変動を計測することができた.次年度以降,ミニ・マイクロチャネル内流動沸騰系へセンサを適用し,局所熱輸送を計測することで支配的な伝熱素過程を明らかにする.②について,プール沸騰系で高速顕微鏡と高輝度LED,粒径約100ナノメートルのメラミントレーサー粒子を用いてミクロ液膜の流動速度の計測を試みた.しかし,三相界線近傍に粒子が堆積している様子は見えたものの,液膜内に粒子が観察できなかった.粒子の分散状況やサイズ,光源強度を調整し,引き続き,次年度以降も実験を行う予定である.

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

MEMS熱流束センサを無事製作することができ,今後,沸騰実験を進められる状況にある.PIV実験については撮影・実験条件の工夫が必要である.

今後の研究の推進方策

開発したMEMS熱流束センサを用いて,ミニチャネル内流動沸騰において局所伝熱量を計測する実験を行う.熱流束条件を変えながら,いずれの伝熱素過程が全伝熱量に対して支配的な役割を持っているかを明らかとする.PIV実験については,トレーサー粒子の分散状況の改善,粒子サイズ,光源強度を調整するなど撮影・実験条件を変更して,液膜内速度の可視化を目指す.液膜内速度の測定が難しい場合には,トレーサー粒子を用いない高速顕微観察で薄液膜挙動を観察していく.

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2018

すべて 学会発表 (3件)

  • [学会発表] レーザー干渉法によるプール沸騰気泡底部のミクロ液膜厚さの計測2018

    • 著者名/発表者名
      岡田幸大,中野雅子,矢吹智英,宮崎康治
    • 学会等名
      日本機械学会九州支部北九州講演会
  • [学会発表] 沸騰熱伝達を高分解能計測する薄膜積層型熱流束センサの開発2018

    • 著者名/発表者名
      近藤悠太,南翔太,宮崎康次,矢吹智英
    • 学会等名
      日本機械学会,第9回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
  • [学会発表] 薄液膜の撥水型ドライアウト防止によるミニチャネル内流動沸騰熱伝達促進2018

    • 著者名/発表者名
      藤井翔大,宮崎康次,矢吹智英
    • 学会等名
      日本機械学会,第9回マイクロ・ナノ工学シンポジウム

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公開日: 2019-12-27  

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