噴流のマイクロ化による熱流動特性の遷移に関する実験的研究

微射流引起热流体性质转变的实验研究

• 批准号: 13875043
• 负责人: 鈴木 健二郎
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13875043/
• 关键词: マイクロ熱流動; 噴流; キャピラリー; 圧縮性; 希薄性; すべり流れ; クヌッセン数; マッハ数; 圧縮性気体; 希薄気体

マイクロスケールにおいては,流体が連続体であると仮定して展開されてきた既存のマクロスケールの伝熱技術をそのままで適用することはできない.マクロスケールにおいて高効率冷却法としてしばしば利用される噴流においても,それがマイクロ化した場合には特別な注意を要する可能性がある.本研究はマイクロ衝突噴流によるピンポイント冷却を念頭に置いたマイクロ噴流を取り上げ,それに及ぼす流体の圧縮性,希薄性の影響を実験的ならびに数値解析的に明らかにすることを目的とする.ステンレス製キャピラリーチューブ,単結晶シリコンエッチング板,ステンレス製極薄膜に放電加工したもの等を利用して,流れ方向長さや断面形状,断面水力直径の異なる噴流ノズルを製作した。製作に際しては,とくに切削端面やその近傍の流路形状の変形,削りくずの付着などを顕微鏡で検査し,その中から実験に適する噴流ノズルを選別した.また,精密調圧器,微差圧計を流路に組み込んで実験装置を完成させた.作動流体は窒素,アルゴン,ヘリウムである.ノズル前後の圧力比を変化させてノズル通過流量および壁面摩擦係数を測定し,マクロスケールの噴流ノズルを用いた場合の結果と比較した.一般的性質は前年度までに得られているが,ノズルの種類,特にノズルの流れ方向長さが結果に与える影響は大きく,また長いノズルの場合には同程度の長さであっても必ずしも実験結果が一致しないなどの現象が見られた.ノズル内壁面の表面粗さが一因であるとの予想から,シリコン基板にドライエッチングを複数回行うことにより,チャネル底面に規則的な凹凸面をもつマイクロ流路を作成し,凹凸が流動場に与える影響について検討した.その結果,通常スケールでは流れに影響を与えないと言われている条件(レイノルズ数,相対粗さ)であっても,マイクロスケールではその影響が顕著に現れ,凹凸部高さの増大と共に摩擦定数も大きくなることなどが明らかになった.

The fluid is connected to the body, and the heat transfer technology is applied. The possibility of high efficiency cooling is particularly important when using jet cooling. This study focuses on the effects of fluid compression and thinness on jet cooling. We make use of the electrical processing methods of Stenaness manufacturing, single-crystal Sirikonen Eckington sheets, Stenaness manufacturing thin films, etc., and produce jet materials with a long flow direction, a cross-section shape, and a cross-section hydraulic diameter that varies greatly. During fabrication, the shape of the flow path near the cutting end surface is changed, and the flow path is selected according to the inspection of the micro-mirror. Precision voltage regulator, differential pressure meter, flow path control device, etc. Actuating fluid is not stable. Before and after the pressure change, the flow rate and wall friction coefficient were measured, and the results were compared. In general, the nature of the product is different from that of the previous year, and the type of product is different from that of the previous year. In particular, the flow direction of the product is different from that of the previous year. The surface roughness of the inner wall surface of the substrate is due to the influence of the flow field on the regular concave and convex surface of the substrate. As a result, usually, the influence of the reverse flow is different from that of the reverse flow.

项目成果

ARAKI Takuto, Kim Min Soo, IWAI Hiroshi, SUZUKI Kenjiro: "An Experimental Investigation of Gaseous Flow Characteristics in Microchannels"Proceedings of the International Conference on Heat Transfer and Transport Phenomena in Microscale. 155-161 (2000)

ARAKI Takuto、Kim Min Soo、IWAI Hiroshi、SUZUKI Kenjiro：“微通道中气体流动特性的实验研究”微尺度传热与传输现象国际会议论文集。

ARAKI Takuto, IWAI Hiroshi, SUZUKI Kenjiro: "Numerical and experimental study of gas flow characteristics in imcroscale nozzles"Proceedings of International Symposium on Micro/Nanoscale Energy Conversion and Transport. 27-29 (2002)

ARAKI Takuto、IWAI Hiroshi、SUZUKI Kenjiro：“微尺度喷嘴中气体流动特性的数值与实验研究”微/纳米能量转换与传输国际研讨会论文集。

荒木 拓人, 岩井 裕, 中部 主敬, 鈴木 健二郎: "微細ノズル内圧縮性流れに及ぼす壁面境界条件の影響"第14回 計算力学講演会講演論文集. 561-562 (2001)

Takuto Araki、Yutaka Iwai、Shutaka Chubu、Kenjiro Suzuki：“壁面边界条件对细喷嘴中可压缩流动的影响”第 14 届计算力学会议论文集 561-562 (2001)。

DU DongXing, IWAI Hiroshi SUZUKI Kenjiro: "Direct Numerical Simulation of Rarefied Turbulent Flows in the Slip Flow Regime"Proc. of 2^<nd> Kyoto-Seoul National-Tsinghua University Termal Engineering Conference. 63-66 (2002)

杜东兴、岩井浩、铃木健二郎：“滑流流态下稀薄湍流的直接数值模拟”Proc.

藤本 亮, 荒木 拓人, 岩井 裕, 鈴木 健二郎: "マイクロスケール円管内気体流れに及ぼす粘性消散の影響"第38回伝熱シンポジウム講演論文集. 71-72 (2001)

Ryo Fujimoto、Takuto Araki、Yutaka Iwai、Kenjiro Suzuki：“粘性耗散对微型圆管中气体流动的影响”第 38 届传热研讨会论文集 71-72 (2001)。