| 研究課題/領域番号 |
25820066
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| 研究種目 |
若手研究(B)
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| 研究機関 | 上智大学 |
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研究代表者 |
一柳 満久 上智大学, 理工学部, 准教授 (00584252)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | マイクロ熱流体 / マイクロ伝熱 / 可視化計測 |
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| 研究概要 |
マイクロ流路内の気液界面現象の解明および相変化を伴う熱輸送現象における伝熱特性の評価を主たる目的として，可視化計測技術の開発および流動解析を行った．初年度は，気液界面現象の解明を目的とし，Ｔ字型マイクロ流路内の気泡生成過程を研究対象とした．気泡生成時に見られる非定常な気泡分裂現象を時系列で可視化でき，かつ気泡周りの液相速度分布を同時に計測可能な手法を開発した．本計測手法より得られた気泡径および流速データを整理した結果，従来用いられてきたキャピラリー数（粘性力と表面張力の比）では整理できず，ウェーバー数（慣性力と表面張力の比）により整理ができることが明らかとなった．この結果は，マイクロスケールの流動（レイノルズ数が小さいため，慣性力よりも粘性力が支配的である流れ）であったとしても，気泡径を決定するファクターとして慣性力が起因していることを示唆している．そのため，本研究では，できる限り液相流速を上げて流した結果，毎秒５ｍほどの流速下で最小気泡径５μｍ程度の気泡径生成に成功した．現在は，この結果を物理系の学術雑誌へ投稿することを予定しており，論文執筆中である．次年度への展開としては，より小径な気泡生成を目指すため，詳細なメカニズム解明に着手する．初年度はキャピラリー数やウェーバー数などの無次元数による解析を実施した．これは流れ場をマクロ的に評価したのみであり，本計測手法の特徴である局所的な流れの時間スケール抽出には至っていない．次年度は，局所的な情報から気相分裂にもたらす力の因果関係を実験的に明らかにしていく予定である．
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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
初年度の研究目的は，マイクロ流路内の気液界面現象を解明するため，可視化計測技術の開発および流動解析を実施することであった．その目的に対し，以下に示す３点が遂行されていることから，現時点で研究が「おおむね順調に進展している」と判断した．
１．気泡生成過程を時系列で可視化でき，かつ気泡周りの液相の速度分布を同時に計測可能な手法を開発した．
２．開発した計測手法を用いて実験を行い，気泡生成における重要なファクターが慣性力であることを明らかにした．
３．これらの研究結果をまとめて学術雑誌への投稿論文を執筆中である．
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度の研究展開としては，二種を実施していくことを考えている．一種目は，初年度の研究の続きとして，マイクロ流路内の気液界面現象の解明を行う．研究対象はＴ字型マイクロ流路内の気泡生成過程とし，より小径な気泡の生成を目指す．初年度ではキャピラリー数やウェーバー数などの無次元数による解析を実施したが，今後は局所的な流れの時間スケールの情報を抽出し，気泡生成における力学の因果関係を明らかにしていく予定である．二種目は，相変化を伴う熱輸送現象における伝熱特性の評価を主たる目的とする．研究対象としては，次世代半導体デバイスの予想発熱量である１平方ミリメートルあたり数ワットの除熱デバイスの開発および伝熱特性の評価とする．この研究では，高熱流束を除熱するためにマイクロヒートパイプを実装することを考えており，その作製方法として三次元積層構造化を提案する．デバイスの最適設計を行うためには，マイクロヒートパイプの性能（熱抵抗，最大熱輸送量など）を定量的に評価することが必要であり，特に作動流体の蒸発・凝縮による相変化が流動現象に与える影響に関して明らかにしていく．
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