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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。本研究の目的は (1)マイクロチャネル内における液体の相変化現象により生じる気泡および液膜のダイナミクスと伝熱の理論を構築することによる現象の詳細な解明、(2) ミクロ液膜の熱伝導と蒸発による核沸騰限界熱流束を超えた超高熱流束冷却機構の提案である。
本年度は、これまでに作成してきた数値シミュレーションコードを利用し、マイクロチャネル内の相変化伝熱現象についての一般的特性を評価した。前年度までに明らかになっていた高初期過熱度時における伝熱特性の劣化について詳細に検討した。蒸気気泡の膨張の駆動力となる初期過熱度が高くなると、気泡先端速度が高くなり、形成される液膜が厚くなる。この際に気泡周囲に生じる温度境界層が壁面に到達するかどうかが伝熱において重要になることが明らかになった。
さらに対流沸騰における単一気泡の伝熱についても数値シミュレーションを行った。対流沸騰においては固体面に接触する気泡が流れによって移動し、接触角が変化する。この現象をモデル化し、移動接触線における蒸発伝熱を考慮した対流沸騰解析を行い、気泡が固体面上で成長する際、気泡の前後における接触線の伝熱特性が異なることを明らかにした。
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