Exploration of surface nano structures to control micro thermal flow fields in the high Knudsen number regime

探索表面纳米结构控制高努森数状态下的微热流场

• 批准号: 21K03853
• 负责人: 山口 浩樹
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03853/
• 关键词: 高クヌッセン数流れ; 適応係数; 境界条件

マイクロ・ナノスケールの熱流動場では，比表面積が大きくなることからその構造自体に境界条件の影響を強く受ける．特に高クヌッセン数となる場合，境界条件は流体の分子の固体表面における散乱過程を意味しており，分子の固体表面の状態への適応度を統計的に表す適応係数によって表現できることが知られている．そして，数値解析からは境界条件に適用した適応係数の値の違いだけによってマイクロ熱流動場は大きく変容してしまうことが示されている．この結果は適切な適応係数を持つ固体表面を採用することにより意図した熱流動場を得られる可能性を示唆している．そこで本研究では，様々な技術や材料により実現された表面ナノ構造を持つ固体表面を幅広く探索し，様々な性状の固体表面において適応係数がどのように変化するかを調査し，それらを用いることでマイクロ熱流動場の制御を実現することを目指す．構築した熱輸送に関するエネルギー適応係数と流動抵抗に関する接線方向運動量適応係数をそれぞれ計測するためのシステムを用いて，同一の固体表面試料に対して2つの適応係数の計測を行った．固体表面試料としては典型的なマイクロ・ナノスケールの構造とみなせる粗さの異なる工業表面を選択し，様々な材料を採用した．得られた2つの適応係数を相補的に利用して従来から広く利用されている散乱境界条件モデルへの適合に関する解析を行い，特に軽い気体分子種において特異な結果が得られることを明らかにした．

The thermal flow field is strongly influenced by the boundary conditions of the structure itself. In particular, when the number of particles is high, the boundary condition means that the dispersion process of the solid surface of the molecule is stable, and the fitness coefficient of the solid surface of the molecule is stable. The analysis of numerical values shows that the boundary conditions are applicable to the coefficient of fitness and the value of the coefficient of fitness is not applicable to the thermal flow field. The results indicate the possibility of obtaining a thermal flow field on a solid surface using a suitable coefficient. In this study, we investigated the application of technology to the study of the structure of solid surface, the properties of solid surface, the suitability coefficient and the control of thermal flow field. Construction of heat transfer related to the appropriate coefficient of flow resistance related to the direction of movement of the line appropriate coefficient of flow resistance related to the measurement of the appropriate coefficient of flow resistance related to the measurement of the same solid surface sample. Solid surface samples are typically selected for use in industrial surface applications. The results of the analysis of the correlation between the coefficient of fitness and the coefficient of fitness of the molecular species are as follows:

项目成果

回転円板による接線方向運動量適応係数の計測

利用转盘测量切向动量适应系数

• 发表时间: 2021
• 作者: Rebenda David;Vrbka Martin;Ne?as David;Toropitsyn Evgeniy;Yarimitsu Seido;??pek Pavel;Pravda Martin;Hartl Martin;高橋知宏，山口浩樹
• 通讯作者: 高橋知宏，山口浩樹

Measurements of thermal and tangential momentum accommodation coefficients on a solid sample surface in high Knudsen number flows

高克努森数流中固体样品表面的热和切向动量调节系数的测量

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Yamaguchi;M. Osada;S. Endo
• 通讯作者: S. Endo

適応係数から探るヘリウム分子の固体表面との相互作用

从适应系数探索氦分子与固体表面的相互作用

• 发表时间: 2022
• 作者: 大谷清伸;小川俊広;阿部淳;中川敦寛;東﨑康嘉 松本崚資 植田奈央子;山口浩樹，長田海裕，遠藤周
• 通讯作者: 山口浩樹，長田海裕，遠藤周