分岐部をもつマイクロチャンネル内気液二相流の流動特性と気液分配挙動

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多分岐をもつマイクロチャンネル内における気液二相流の熱流動と分岐管への気液分配挙動は,熱流体機器のマイクロ化やマイクロデバイスの開発・実用化に際して,今後重要な研究課題になると考えられる.しかし,こうしたマイクロスケール下の複雑な形状をもつ流路内の混相流動系に関する研究は従来非常に少ない.本研究は,将来広い分野にわたって応用が見込まれる多分岐マイクロチャンネル内気液二相流において,基本的な流動特性と分岐管への気液分配挙動を実験的に明らかにし,気液分配のメカニズムを解明するとともに,気液の均等分配を実現するための基礎データを取得することを目的とする.本年度は,昨年度の実験に引き続き,間隙を200μmまで狭くした流路内の窒素-水系等温二相流を対象として,各分岐管への気液分配率と局所ボイド率を測定した.その結果,流路間隙を狭くすることにより液相の表面張力によるCapillary Effectを有効に引き出すことが可能となり,その結果,流路間隙が広い場合に比べてより広範な実験条件下にわたって分岐管への液相分配率を均一化できることが明らかとなった.また,分岐直前の主管と分岐直後の支管における局所ボイド率は流路間隙を狭くするほど高くなるが,両者の間には流路間隙が広い場合の流路と同程度の良好な相関があることを確認した.これらの実験に加えて,流路の圧力損失についても測定を行った.その結果,実験流路全体の圧力損失と,その構成要素である主管部分における圧力損失,分岐部を通過する際の曲がりによる圧力損失,各分岐管における圧力損失を明らかにすることが出来た.こうした圧力損失の測定結果と気液分配特性及び局所ボイド率を詳細に比較することにより,分岐管への気液分配のメカニズムについて検討した.