| 研究課題/領域番号 |
26420126
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| 研究機関 | 同志社大学 |
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研究代表者 |
山口 博司 同志社大学, 理工学部, 教授 (80191237)
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| 研究分担者 |
須知 成光 秋田県立大学, システム科学技術学部, 准教授 (00347204)
岩本 悠宏 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30707162)
桑原 拓也 日本工業大学, 工学部, 准教授 (70602407)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 流体工学 / 機能・知能性流体 / 混相流 / 感温性磁性流体 / 熱伝達特性 / MEMS / 自然対流 / 格子ボルツマン法 |
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| 研究実績の概要 |
1. 熱輸送装置内部における熱流動特性の知見を得るために，CPUの冷却を想定した実機の作成および流量・熱伝達の評価を行った．その結果，印加磁場強度の増加に伴い流量が増加することを確認した．また，入熱量増加に伴うサブクール沸騰発生による熱伝達の向上も確認できた．しかし低レイノルズ数の領域では駆動力の低下を確認した．内部流動を可視化するために，格子ボルツマン法を用いて，非共沸混合磁性流体の熱流動現象の数値的可視化を行った結果，低レイノルズ数の領域では，流路内に沸騰気泡が捕捉されるために，駆動力が低下することがわかった．
また，磁場印加による自己駆動実験とポンプを用いた強制駆動実験を行い，それぞれの熱伝達特性を比較した結果，流量が同等の場合，自己循環実験の方が熱伝達特性が良いことがわかった．
2．非磁性粒子混入系熱磁気自然対流
非磁性粒子混入系の自然対流の熱伝達特性の基礎的知見を得るため，一様磁場印加可能な3次元矩形容器内で実験を行った．粒子径の違いによる対流への影響を調査するために，磁性流体中にΦ0.1，0.5，1.0のアルミナ粒子を5vol%加え，下部加熱・上部冷却で実験を行った．その結果，磁性流体単体でのヌセルト数よりもΦ0.5のアルミナ粒子を混入した場合ではヌセルト数が増加し，Φ0.1，1.0のアルミナ粒子を混入した場合ではヌセルト数が減少した．これはΦ0.5のアルミナ粒子は磁性流体の流動に追随するため，熱伝達が増加し，Φ1.0のアルミナ粒子は磁性流体中に沈降したことが原因である．また，磁性流体中の粒子運動の可視化を行うため，流体と共に単一粒子が動く場合の条件で数値解析を行った．その結果，流体と共に粒子が動く場合は単相と比較して，粒子による撹拌効果でヌセルト数が増加することがわかった．
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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
1.自己循環実験を行った結果，加熱面外における沸騰気泡の発生による磁気体積力の低下が見られ，レイノルズ数を増加させて沸騰気泡を制御する必要があることがわかった．また，片側加熱において内部流動の変化に伴った熱伝達特性を確認することができ，最終目的に向けておおむね順調に進展している．
2.非磁性粒子混入系熱磁気自然対流：一様磁場印加可能な3次元矩形容器を作成し，上下部加熱冷却可能な実験装置を試作し，下部加熱上部冷却のもと磁性流体単相および，非磁性粒子混入系での熱伝達特性の調査が終わった．また，内部流動現象解明のための多粒子を含む自然対流の数値演算コードも完成した．そのため，最終目的に向けておおむね順調に進展していると考えられる．
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| 今後の研究の推進方策 |
1.マイクロチャンネル内部における非共沸混合磁性流体の流動熱伝達特性の基礎的な知見を得るために，マイクロチャンネルを並列に配置した磁気駆動熱輸送装置の試作を行うことで表面積の拡大による本熱輸送装置の流動熱伝達特性を調査する．また，マイクロチャンネル内における非共沸混合磁性流体の熱流動を数値解析を用いて可視化することにより，二相流熱流動メカニズムを明らかにする．そして，これらの結果を基に最終目標である積層型MEMS磁気駆動熱輸送装置の開発を行う．
2.昨年度の結果を基に，数値解析手法を用いて，容器内での単粒子の状態を変化したときに生じる磁性流体と非磁性粒子間の相互作用を調査する．また，単粒子での相互作用調査終了後に，実験系と同様に多粒子系で磁性流体と非磁性粒子間の相互作用調査を行う．そして，最終的に磁性流体内に非磁性粒子混入させた場合の自然対流熱流動メカニズムの解明を行う．
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