Development of mathematical model of network-type convective heat transfer system derived from human circulatory system

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サーモリフレクタンスイメージング(TRI)法に基づく温度計測装置を用いて確率連結を有するネットワーク構造体における流れによる熱輸送と熱特性の評価および数理モデルの開発を行った．研究対象はナノワイヤ群での電気の流れ（電流）と伝熱特性，エレクトロマイグレーション（EM）における電流と物質（原子）輸送の熱特性，そしてマイクロ流路での粒子輸送および沸騰での気泡生成と輸送特性である．ナノワイヤ群では，TRI法を用いて計測した温度分布と数値解析により求めた温度分布を比較することで，ネットワーク構造体を流れる電流の分布を求め，節の抵抗やナノワイヤ数密度（経路数）による経路や電流・温度分布に与える影響を明らかにした．その空間での確率連結での流れの特性がWeibull確率統計関数により評価できることを示した．EMの研究では通電したAl線での電子・原子の流れに基づくEMによる空孔欠陥・ボイドの生成と成長およびAl線の破断の熱特性をTRI計測により評価した．その結果，ボイド面積の増加率は時間に対して3段階で変化すること，特に２～３段階目の特性には電流分布と伝熱特性が影響し，パーコレーション理論で説明できることを明らかにした．これらの成果により申請者らのグループは日本機械学会の若手講演フェロー賞および関西支部賞（研究賞）を受賞した．格子状マイクロ流路での粒子流れと沸騰現象に関する実験では継続して粒子充填と流路閉塞および沸騰での気泡の生成と成長の可視化を行った．そのなかで，蛍光偏光法を用いたマイクロ流路の流体温度計測の精度向上を目指して，局在プラズモン共鳴による蛍光増強効果を実装したAg粒子型ナノプローブの開発を行った．蛍光強度の増幅により約100nmの単一粒子の蛍光偏光度を測定することができ，局所微少領域の温度測定を可能とした．この成果により日本機械学会若手講演フェロー賞を受賞した．