2019 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation on liquid film formation on solid wall and its evaporative heat transfer by high-speed movement of liquid-vapor interface
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17K06183
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
岡島 淳之介 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (70610161)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 相変化伝熱 / 蒸発伝熱 / 液膜 / 高熱流束冷却 / 沸騰 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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分野で求められている微小冷凍器などの実現を目指し、特にマイクロチャネル内の蒸気気泡の膨張現象とそれに伴う固体壁面上への液膜形成プロセスを明らかにし、高熱流束冷却を実現する機構について検討を行った。
令和元年度は、ミクロ液膜の数値シミュレーションに向けて、固気液界面の蒸発を伴う接触線のモデル化を詳細に検討した。まず、せん断流中の沸騰現象の数値シミュレーションの解析を行った。この解析により、壁面温度は接触角の絶対値に影響を与え、主流速度を増減すると動的接触角の変化の傾向が変わることが明らかになった。またミクロ液膜から動的接触線形成までの遷移過程をシミュレーションするには、特に接触線が後退接触角を形成するときの条件が必要であることがわかった。
それを踏まえて、接触線速度が負（後退接触角）から正（前進接触角）の幅広い範囲での接触角が必要であることがわかり、理論モデルにより解析を行った。この解析により、幅広い接触線速度における動的接触角およびその接触線上の蒸発量が明らかになった。
以上、研究機関全体を通じて、（１）ミクロ液膜の進展過程においてその拡張速度と液膜内の温度分布が相互に依存し、特に拡張速度が速い場合は気液界面近傍の温度境界層が薄くなり、液膜蒸発のでん熱量が低下すること、（２）ミクロ液膜から動的接触線への遷移過程の解析のために幅広い接触線速度範囲での動的接触角および接触線上の蒸発伝熱量を明らかにした。
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