マイクロスケールにおける流動および伝熱特性に関する研究

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では超微小領域における流体の流動と熱伝達特性を包括的に明らかにする事を目的としている.本研究開始前は,実際の応用において重要となる3次元性の高い流路における流動特性や剥離を伴う流れの流動特性等についての実験的研究は行われておらず全く未知の状態であった.そこで,凹凸面を有するマイクロチャネルを製作し,その中での摩擦損失特性や剥離を伴う流れの流動特性を調べた.具体的には長さ約30mm,高さが約1mmの極めて微小な凹凸を持つマイクロチャネルなどを製作し,特に凹凸面の高さが摩擦損失特性に大きな影響を与えること,凹凸面の間隔や長さはの影響は比較的小さいことなどを明らかにした.また,凹凸が存在し,クヌッセン数が大きい場合には流れの剥離が抑制され,摩擦抵抗の減少幅は大きくなり、みかけの運動量適応係数を大きくした取り扱いが可能である事を明らかにした.また,超微小領域では従来の連続体的アプローチでは流れの正確な把握が難しくなるため,分子の動きを直接計算するモンテカルロ直接法(DSMC法)に新たに取り組み,上記実験の知見が正しい事を確認した.さらに,米国カリフォルニア大学ロサンゼルス校に滞在し,さらに高精度かつ微小な大きさの凹凸を製作する事によって,二層流特に液滴の運動の摩擦抵抗を劇的に減少させることができる事を明らかにした。