Development of boiling cooling enhancement technique using MEMS technology aided boiling bubble resonator

利用MEMS技术辅助沸腾气泡谐振器开发沸腾冷却强化技术

• 批准号: 22K03969
• 负责人: 佐竹 信一
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tokyo University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03969/
• 关键词: サブクール沸騰; 沸騰気泡共振器; 沸騰音; 可視化計測; MEMS技術; 沸騰冷却; ナノインプリント

沸騰気泡を利用した新たなコンセプトの伝熱促進手法として沸騰気泡共振器（ Boiling bubble resonator, BBR)を申請者は開発した。本研究では，振動が伴う沸騰熱伝達現象でこのBBR振動板から噴出されるマイクロバブルの流動現象をPIV法で計測を行った。共振器の振動モードと沸騰バブルの発生の周期と流れの様子に2光軸PIV計測手法を用いることで、伝熱面へのサブクール液の供給過程と板の振動も直接評価できる。これにより沸騰伝熱現象を最大限に促進させる方法見出す。またMEMS技術をBBRの裏面に適用することで濡れ性を促進し振動板へのサブクール液の供給を増大させることにより高蒸発促進に最適なナノ構造を有する伝熱デバイス創製技術を確立する。本年度は、BBRから噴出する流動計測をおこなった。BBR板から噴出されるマイクロバブルの３次元流れを時系列的に捉え，サブマイクロメートルオーダーで観察する。本研究では，３台のカメラを用いたPIV計測法によるBBR近傍での流体の挙動の把握を水平カメラと垂直カメラからBBRの動きとの連成状態をとらえる。BBR板の動きは鳥瞰カメラより捕らえる。なお、BBR板周囲からは音が発生しておりこの音はハイドロホンにより収得される。カメラ三台とハイドロフォンはタイミングジェネレータにより同期信号をコントロールし音の発生と板の移動、噴出する流体の速度の相関関係を観察した。

申请人已经开发了一种新的沸腾气泡谐振器（BBR）的概念，作为使用沸腾气泡促进传热的方法。在这项研究中，使用PIV方法测量了伴随着振动的沸腾传热现象，从该BBR隔膜弹出的微泡的流量现象。通过使用谐振器的振动模式以及沸腾气泡产生的循环和流量，将两个光轴PIV测量方法使用，可以直接评估将亚冷液体提供给传热表面和板的振动的过程。这允许最大程度地促进沸腾的传热现象。此外，通过将MEMS技术应用于BBR的后表面，可以提高润湿性，并增加了对隔膜的亚冷液体供应，从而建立了一种技术，以创建具有纳米结构的热传递设备，该纳米结构最适合促进高蒸发。今年，我们测量了从BBR爆发的流量。从BBR板弹出的微泡的三维流量按时间顺序捕获，并在亚微米的顺序上观察到。在这项研究中，我们通过使用三个摄像机使用PIV测量方法来捕获水平和垂直相机之间的耦合状态以及BBR运动。 BBR板的移动是从鸟眼相机捕获的。 BBR板周围产生声音，该声音是通过水文获得的。三个摄像机和水文由定时发生器控制，以观察声音产生，板运动和弹出流体速度之间的相关性。