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。

申请人开发了沸腾气泡谐振器(BBR)作为利用沸腾气泡的新概念传热促进方法。在这项研究中，我们使用PIV方法来测量由于伴随振动的沸腾传热现象而从该BBR隔膜喷射出的微气泡的流动现象。利用双光轴PIV测量方法测量谐振器的振动模式和沸腾气泡的周期和流量，可以直接评估过冷液体向传热表面的供给过程和板片的振动。通过这一点，我们找到了一种最大化沸腾传热现象的方法。此外，通过将MEMS技术应用于BBR的背面，我们将提高润湿性并增加对隔膜的过冷液体的供应，从而建立一种技术，用于创建具有纳米结构的传热装置，该纳米结构最适合促进高蒸发。今年，我们测量了从 BBR 流出的流量。从 BBR 板喷射出的微气泡的三维流动被按时间序列捕获并在亚微米量级上进行观察。在本研究中，我们使用使用三个摄像机的 PIV 测量方法来了解 BBR 附近的流体行为，并使用水平摄像机和垂直摄像机来捕获与 BBR 运动的相互作用。 BBR 板的运动由鸟眼摄像机捕捉到。请注意，声音是从 BBR 板周围产生的，并且该声音由水听器拾取。由定时发生器控制三个摄像机和水听器的同步信号，观察声音产生、板运动和喷射流体速度之间的相关性。