マイクロチャネルにおける電気流体力学効果を用いた気体・液体輸送

利用微通道中电流体动力学效应进行气体/液体传输

• 批准号: 08J05961
• 负责人: 竹内 希
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J05961/
• 关键词: 電気流体力学流; 大気圧放電; コロナ放電; ガスポンプ; 微細流路; 有限要素法; 電気流体力学; 沿面バリア放電

本研究は,電気流体力学(electrohydrodynamic : EHD)効果をサブミリメートル級の微細流路内で発生させることで微小ポンプを形成し,CPU等の間接冷却技術への応用を目的として,気体または液体冷媒の輸送効率の向上を目指す。EHD効果とは,電界の存在下で流体に力が働き,EHD流と呼ばれる流れを発生する現象である。昨年度は,大気圧空気放電下で発生するEHD効果を利用した,ワイヤーロッド型EHDガスポンプの研究を進め,機械式ファンよりも高い気体搬送効率を達成した。本年度は,このワイヤーロッド型EHDガスポンプの解析を進めた。まず,EHDガスポンプの一次元ベルヌーイモデルを構築した。ポンプの損失係数は,レイノルズ数が小さい領域ではレイノルズ数の増加に対して減少するが,レイノルズ数が大きい領域ではレイノルズ数の増加と共に増加した。レイノルズ数が小さい範囲での損失係数の減少は,流路壁面での摩擦圧力損失の減少,レイノルズ数が大きい範囲での損失係数の増加は,電極によるマイナ損失の増加がそれぞれ主要因であると考えられる。それぞれの損失の計算値は,流路内で層流を仮定した場合に比べ大きくなった。これは,EHD流のもつ渦構造が原因であると考えられる。流路内の流れ構造を観測する手法としては,作動流体である空気に微粒子を含ませることによる可視化,または,数値計算が挙げられる。まず,流路内に線香の粒子を供給し,レーザを照射することで散乱光による可視化を行った。この結果,流路内でのカルマン渦の形成が確認された。次に,有限要素法を用いた二次元モデルの計算を行い,実験結果と比較した。このモデルでは,ナビエーストークス方程式の外力項にクーロン力を加えることで,イオンから中性分子への運動量移行を計算しており,可視化の実験結果と同様のカルマン渦が確認された。

This study aims at the development and formation of micro-particles in micro-flow paths due to electrohydrodynamic (EHD) effects, the application of indirect cooling techniques such as CPU, and the improvement of freon transport efficiency of fluids. EHD results in the presence of electric field and fluid forces,EHD flow and flow phenomenon. Last year, the EHD effect developed under high pressure air was utilized, and the research on the EHD model was advanced, and the high gas transfer efficiency was achieved mechanically. This year, the analysis of the EHD profile has been improved. The EHD is the first element of the EHD package. The loss coefficient of the sample increases from small to large. The loss coefficient decreases with the increase of the friction pressure loss on the wall of the flow path, and the loss coefficient increases with the increase of the friction pressure loss on the wall of the flow path. The loss coefficient increases with the increase of the friction pressure loss on the wall of the flow path. The calculation value of the loss is higher than that of the laminar flow in the flow path EHD flow is caused by vortex structure. The flow structure in the flow path is measured by means of visualization of particles in the air and calculation of values. The light particles in the flow path are supplied, and the scattered light is visualized. As a result, the formation of vortices in the flow path was confirmed. Second, the finite element method is used in the calculation of the second dimension, and the results are compared. The external force term of the equation is added to the equation, and the movement of the neutral molecule is calculated. The results of the visualization are confirmed.

项目成果

Electrohydrodynamic Gas Flow Generation with a Wire Electrode

使用线电极产生电流体动力学气流

• 发表时间: 2008
• 作者: N. Takeuchi;K. Yasuoka
• 通讯作者: K. Yasuoka

Electrohydrodynamic Gas Flow Generation inside a Narrow Channel

狭窄通道内电流体动力气流产生

• 发表时间: 2009
• 作者: N. Takeuchi;K. Yasuoka
• 通讯作者: K. Yasuoka

電気流体力学流発生における電子の影響

电子对电流体动力流产生的影响

• 发表时间: 2010
• 作者: 齋藤悠輔;竹内希;安岡康一
• 通讯作者: 安岡康一

The Effect of Discharge Wire Diameter on the Flow Characteristics of Wire-Rod Type Electrohydrodynamic Gas Pump

放电丝直径对线杆式电动液动气泵流量特性的影响

• 发表时间: 2008
• 作者: N. Takeuchi;K. Yasuoka;J. S. Chang
• 通讯作者: J. S. Chang

Effect of Discharge Electrode Parameters on the Flow Velocity Profile of the Wire-Rod Type Electrohydrodynamic Gas Pump Exit

放电电极参数对线杆式电流体动力气泵出口流速剖面的影响

• 发表时间: 2009
• 期刊: IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 16
• 作者: N.Takeuchi;K.Yasuoka;J.S.Chang
• 通讯作者: J.S.Chang