| 研究課題/領域番号 |
25820054
|
|---|
| 研究種目 |
若手研究(B)
|
| 研究機関 | 東北大学 |
|---|
研究代表者 |
岡島 淳之介 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (70610161)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
|
| キーワード | マイクロチャネル / 相変化伝熱 / VOF法 / 高熱流束冷却 / 冷却デバイス |
|---|
| 研究概要 |
本研究では、高発熱密度を持つ電子デバイスの冷却や医療・生物学分野で求められている微小冷凍器などの実現を目指し、マイクロチャネル内相変化熱流動現象を利用したマイクロメートルオーダーの微小領域における高熱流束冷却機構について、基礎理論を構築し、理論に基づいた応用展開への第一歩を目指す。
平成25年度はマイクロチャネル内相変化流動の特性解明を行った。相変化を考慮したVOF法による数値計算を手法として採用した。まず構築した数値計算手法の評価を行った。浮力により上昇する微細単一気泡の終端速度を計算し、粘性および表面張力計算の妥当性を確認した。また単一気泡の膨張過程を計算し、解析解と比較することで妥当性を評価した。妥当性を評価した数値計算手法を用いて管内単一気泡の膨張過程を計算した。この解析により伝熱過程による液膜厚さの動的変化を捉えることが出来た。
マイクロチャネル内の相変化熱流動の解析解を導出するため、まず単一気泡の球状膨張の基礎理論を習得した。その理論を管内という制限空間へ拡張することを試みている。
また並行してマイクロチャネル内相変化熱流動を利用した冷却デバイスの研究も行った。ここで研究した冷却デバイスは医療用極細クライオプローブであり、内部の流路はマイクロチャネルとなっている。冷却性能を評価するため、熱伝達率を計測する実験を行い、内部の流動様相の評価を行った。また冷却デバイスによる生体組織の凍結過程を数値解析した。本成果は4年目に計画している高熱流束冷却機構の低温特性の基礎的な知見となる。
|
| 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
平成25年度はマイクロチャネル内相変化熱流動の特性解明を行うことを目的とし、1.解析解導出および2.数値解析による相変化を伴う動的液膜の伝熱特性の解明を行い、特に数値解析の課題で進捗が順調であり、平成25年度の目標を概ね達成できた。
|
| 今後の研究の推進方策 |
平成26年度はマイクロチャネル内気泡膨張過程の計測により理論の検証を行う。理論に基づく実験条件検討し、可視化実験を行う。作成した可視化部を用いて実験装置を構築し、温度や熱流束の熱的条件が、気泡膨張速度や気泡長さに与える影響を評価する。液膜厚さを直接測定することは困難と考えられるため、気泡膨張速度や気泡長さを理論値と比較することにより間接的に推定する予定である。
|
| 次年度の研究費の使用計画 |
平成25年度に予定していた予算を効率よく使用でき、さらに次年度予定している実験の消耗品に備えることが良いと判断したため。
次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことにより発生した未使用額であり、平成26年度請求額と合わせ、平成26年度の研究遂行に使用する予定である。
|
