MEMS展開のためのマイクロスケール熱流動科学の構築

构建用于 MEMS 部署的微尺度热流体科学

• 批准号: 00F00287
• 负责人: 鈴木 健二郎
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00F00287/
• 关键词: マイクロスケール流れ; 希薄流; 圧縮性; 単相流; 数値解析; 実験

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伝熱技術をそのままで適用することはできない.本研究は,マイクロ流路を対象とし,代表寸法が小さくなることに伴う流体の希薄化とそのような条件下での複雑流れ場を理論的・数値解析的および実験的に検討し,その熱流動特性を明らかにすることを目的としている.実験的には,管径に比して流路長さが長いマイクロチャネルをシリコン基板をエッチングすることにより,また,流路長さが比較的短いマイクロスケールノズルを放電加工により作成し,それらを通過する流れの圧力損失と流量を測定する事により流動特性について検討した.特に本年度はマイクロチャネル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作成し,これが流動場に与える影響について検討した.これは,凹凸面でチャネル表面粗さを模擬することを試みるものである.その結果,凹凸の高さが増すほど摩擦定数の値が大きくなる一方で,凹凸の流れ方向の幅が摩擦定数に与える影響は小さいことなどが明らかになった.数値解析的には,既存の有限体積法によって支配方程式を数値的に解く計算プログラムを利用した検討を昨年度に引き続いて行うと共に,本年度は新たにDSMCによる計算プログラムを作成し,これを上記の実験に対応する凹凸壁面を有するチャネルについて適応した.計算資源の制約から計算は現象の二次元性を仮定して行ったが,摩擦定数に対する凹凸部高さと幅の影響に関しては,実験結果と定性的に一致する結果が得られた.またこれとは別に差分による直接数値解析(DNS)プログラムを作成し,壁面にすべり境界条件を課したチャネル乱流の計算を昨年度に引き続き行った.クヌッセン数の増大に伴い壁面でのすべり速度が大きくなると壁面近傍における主流方向とスパン方向の乱れ強さはともに大きくなるが,その影響が大きい領域は壁面近くに限定されることなどがわかった.

For example, if a fluid is connected to a body, it may be applied to the body. In this paper, the flow path of the complex flow field is studied, and the thermal flow characteristics of the complex flow field are discussed. The diameter ratio of the pipe to the flow path length is longer than the diameter ratio of the pipe to the flow path length of the pipe to the substrate. In particular, this year, the flow field and the influence of the flow field on the regular concave and convex surface of the bottom surface of the flow field are discussed. The surface roughness of the concave and convex surface is not stable. As a result, the height of the bump increases, the friction constant increases, and the flow direction of the bump increases. The numerical solution of the existing finite volume method is based on the governing equation. The numerical solution of the existing finite volume method is based on the numerical solution of the existing finite volume method. The numerical solution of the existing finite volume method is based on the numerical solution of the existing finite volume method. Due to the constraints of computing resources and the quadratic nature of computing phenomena, and the impact of friction on the height and amplitude of bumps, the results are consistent with qualitative results. The direct numerical analysis (DNS) is used to calculate the boundary conditions of the wall. The velocity of the wall increases with the increase of the number of particles. The direction of the main flow increases with the increase of the number of particles. The influence of the main flow on the wall is limited.

项目成果

DU DongXing: "Turbulent Statistics of Rarefied Flows in a Microchannel"Proc.3^<rd> Int.Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena. (2003)

杜东兴：“微通道中稀薄流动的湍流统计”Proc.3^<rd>国际湍流与剪切流现象研讨会。

DU, Dongxing: "DNS of turbulent rarefied flow in microchannels"第39回日本伝熱シンポジウム講演論文集. Vol.3. 593-594 (2002)

杜东兴：“微通道中稀薄湍流的DNS”，第39届日本传热研讨会论文集，第3卷，593-594（2002年）。

荒木 拓人: "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：“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: "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：“滑流流态中稀薄湍流的直接数值模拟”第二届京都-首尔-清华热工会议论文集。

ARAKI, Takuto: "An Experimental Investigation of Gaseous Flow Characteristics in Microchannels"Microscale Thermophysical Engineering Journal. (in printing). (2003)

ARAKI, Takuto：“微通道中气体流动特性的实验研究”微尺度热物理工程杂志。