マイクロスケール空間における臨界点近傍流体の特異なメカニズムの解明

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本研究では、マイクロスケール空間内における臨界点近傍の超臨界流体を正確に計算することができる数値解法を構築して、狭い空間を極めて遅い速度で対流する超臨界流体が、主流温度・圧力ならびに温度境界条件を変化させることにより、熱物性が特異に変化し密度変化が顕著な圧縮性流れになることを数値計算により明らかにすることである。今年度においては、以下の研究を実行した。1)極低温状態で超臨界になる、窒素とヘリウムについてRayleigh-Benard対流を計算して、その特異性について検証した。その結果、それぞれの流れ場はまったく異なるものとなり、特にヘリウムにおいては、対流がほとんど起こらない熱伝導が卓越した流れ場になることがわかった。2)マイクロスケール熱交換器内における超・亜臨界二酸化炭素の自然対流を計算して、その流れ場を検証した。その結果、超臨界状態と亜臨界状態における著しい密度差によるかなり高速の自然対流場を形成する可能性が示され、新たな発想による熱交換器の創成に繋がる画期的な知見を得ることに成功した。これらの研究成果は、6月に開催される計算力学ヨーロッパ会議(ECCOMAS)ならびに数値流体力学国際会議(ICCFD)にて発表する予定である。また、Int. J. Heat and Mass Transfer、ならびに日本機械学会論文集に論文を投稿中である。