相界面におけるマルチスケール・マルチフィジックスの基礎物理現象の解明

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沸騰や液滴蒸発等のエネルギー変換プロセスを理解し、様々な状況において予測および制御するという課題の解決に資することを目指し、本研究ではそれら相変化現象の基礎過程である三相界面での蒸発現象機構を明らかにすることを目的としている。特に本研究では、チャンネル内メニスカス形状が熱と物質輸送過程に及ぼす影響に注目し、界面形状を変えたときのマクロおよびミクロな液膜厚みスケールにおける局所蒸発フラックスや熱伝導・熱伝達過程の振舞いを、実験と数理的手法により定量的・定性的に明らかにする。本年度まで、ミリチャンネル内メニスカス蒸発について以下の研究を行った。１、実験体系の改造と実験：改造および修正を施した装置（昨年度報告済み）を用い実験を実施した。その結果、蒸気拡散層の有無により表面温度の振る舞いが異なり、特に蒸気拡散層がある場合、試験部表面はほぼ等温であることが確認された。２、数理的アプローチによる解析： マクロスケールおよびミクロスケールにおける熱物質輸送のモデリングと実験結果と併せた比較検討を行った。マクロモデルに関しては筆者が先行研究で構築済みである。ミクロモデルに関しては、従来モデルにおける流体力学的効果とバランスする過剰蒸気圧力を導入した新たなモデルを提唱した。最終的に、ミクロモデルにおいて得られる式がマクロモデルの式と等価な式であることと、実験結果とよく相関することを明らかにした。以上の成果は論文として掲載された。