高性能マイクロ二相流熱交換器の最適設計に関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13305015
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 笠木 伸英 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (80107531)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 雄二 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (80222066)
• Keywords: 強制対流沸騰 / 極細管 / 過熱現象 / マイクロチャネル / マイクロマシン技術 / 可視化 / 薄膜熱電対

Research Abstract

本研究では,極めて細い裸管を用いた管群など,比較的単純な構造からなる熱交換器コアを想定した最適設計ツールを開発し,また,それを用いた最適計算によって,より高性能な熱交換器の開発を試みることを目標としている.本年度は,第2年度として,以下の研究を進めた.
1)細管群単相流熱交換器の性能評価
前年度までに試作した計算機サーバー用熱交換器プロトタイプについて放熱実験を行って,モデル計算の結果と比較した.総伝熱量の計測値は,予測値よりも20%低い値となったが,空気側,水側圧力損失については,おおよそ予測値と一致する結果が得られ,現行の放熱器の12%の体積で同程度の性能が実現できることを明らかにした.
2)極細管内の強制対流沸騰熱伝達計測
内径0.19〜0.5mmの極細管を用いて強制対流沸騰熱伝達実験を行い,R123,FC72の2種類の冷媒に対して,質量流束,熱流束が熱伝達率に対する影響を系統的に調べ,従来の経験式では予測誤差が非常に大きいことを示した.また,過熱現象の発生する条件について検討し,用いた2種類の冷媒では,ボイリング数と質量流束で整理できることを明らかにした.
3)マイクロマシン技術を用いた沸騰可視化テストベンチの試作
可視化と壁温計測が可能なマイクロチャネルのマイクロマシン製作プロセスを確立し等価直径200ミクロンの強制対流沸騰実験用テストベンチを試作した.高速度カメラを用いて強制対流沸騰における流動様式の可視化結果を行い,マイクロスケール特有の過熱現象を観察した.