2014 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ流体で満たされた発泡金属充填流路による革新的伝熱促進
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26289046
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
中山 顕 静岡大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60155877)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
桑原 不二朗 静岡大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70215119)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ナノ粒子 / 多孔質 / 発泡金属 / 強制対流 / 異常伝熱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
円管を用いナノ流体層流強制対流の実験を行った．内径は5ｍｍ程度とし，流れが十分に発達するよう，管長を内径より十分に大きくとった．ナノ粒子が均一に懸濁する恒温槽を設けた．
ナノ粒子としてはアルミナを用いた．管路および循環流路が占める容量を抑えることで，ナノ粒子の体積分率を0.05～5％まで広範囲に変化させることができた．伝熱実験に先立ち等温循環系における流動特性を十分に把握すべく，ベース流体である蒸留水を用いて圧力分布を計測した．助走の圧損を考慮した層流理論と比較した結果，実験系の精度が十分であることが分かった．ナノ流体について同様に圧力分布を計測し，実測したナノ流体の粘度より予測される圧力分布と比較し，ナノ流体の流量と圧損の関係を明らかにする予定である．
シリコンコードヒーターを通電加熱することで，壁を等熱流束下にコントロールすべく伝熱系を構築しつつある．十分に発達した温度場域について得られるヌッセルト数と我々の厳密解を比較し，変則的伝熱促進（Anomaly）が発現する条件について検討すべく準備を進めている．すなわち，変則的伝熱促進が可能かを実験と理論の両側面から明らかにする予定である．
なお，ナノ流体で満たされた発泡金属充填流路の解析結果がJournal of Fluid Mechanics / Volume 769 / April 2015, pp 590- 620に掲載された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ナノ流体の物性値の計測およびナノ流体による流動実験についてはほぼ予定通りに進んでいる．伝熱実験については，ヒーターの入手に時間がかかっため，実験系の準備が予定より若干遅れた．現在，伝熱実験系がほぼ完成しつつあり，近日中に熱実験のデータ採取が可能となる．
理論的側面からの考察では，ナノ流体に満たされた発泡金属充填流路の強制対流熱伝達の解析解を求めた．今まで不明であったナノ流体の熱分散およびナノ粒子の機械的分散についても詳細な考察を行った．その結果，ナノ粒子の機械的分散についてはナノ流体相と発泡金属相が熱平衡からずれる程，無視できなくなることが分かった．一連の解析結果より，ナノ流体に満たされた発泡金属充填流路が伝熱促進の観点から非常に有効であることが判明した．
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| Strategy for Future Research Activity |
ほぼ完成した伝熱実験系を用いて伝熱促進の観点から一連の測定を実施する．ポンプ動力一定の条件下で得られた解析結果と実測データを比較することで，解析の妥当性を検証する．
アルミ発泡金属をいくつかの異なる製造会社より広範囲の条件で入手することで，研究の推進を図る．気孔率も0.8から0.95，PPIも10から45と広範囲のものを入手する．できる限り広範囲の仕様のアルミ発泡金属を国内外から入手し，精度よく加工することで，種々の発泡金属充填流路を準備し，研究を実験的側面からさらに促進させる．
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