二相流・相変化と高性能伝熱面
気泡、液膜、濡れ性を観察し、沸騰・凝縮を支配する仕組みを調べます。
二相冷却の性能は、平均温度や平均流量だけでは決まりません。壁面近くで気泡がどこから発生し、どのように成長し、液膜がどの程度残るかによって、熱伝達と圧力損失が大きく変わります。
当研究室では、マイクロ・ミニ流路における気液二相流と相変化を可視化し、その現象をコールドプレートや熱交換器の設計につなげています。
研究のポイント
- マイクロ・ミニ流路内の流動沸騰
- 薄液膜とスラグ流の可視化
- 濡れ性・微細構造・多孔質体
- 低GWP冷媒、混合冷媒、冷媒／油
マイクロ・ミニ流路内の二相流
スラグ流、気泡流、流動沸騰などを高速カメラで観察し、流路寸法、流量、表面張力、濡れ性が流動様式と圧力損失に与える影響を調べます。特に、気泡と壁面の間に形成される薄液膜は、伝熱を決める重要な要素です。
表面を設計する
微細溝、マイクロカラム、金属フォーム、メッシュなどを用いて、気泡の発生点、液体の供給経路、蒸気の離脱を制御します。親水・疎水性を含む濡れ性の違いも、液膜形成やドライアウトに大きな影響を与えます。
作動流体と冷凍機油
低GWP冷媒、混合冷媒、誘電性流体、冷媒／潤滑油混合物などについて、沸騰・凝縮特性を調べています。流体の物性だけでなく、油の濃度や混合物の温度すべりも実際の機器性能に影響します。
実験と数値解析
高速可視化、温度・圧力計測、表面観察を組み合わせ、必要に応じてCFDやLattice Boltzmann法などの数値解析も用います。目に見える流動現象と測定した伝熱性能を対応させて考えることを重視しています。
関連する研究成果
- Jie Peng et al., “Influence of microcolumn structure on flow boiling heat transfer characteristics of R454B in an open minichannel,” International Journal of Thermal Sciences (2026).
- Jing Li et al., “Experimental study of flow boiling characteristics of R454B in an open microchannel with micro-nano composite structured surfaces,” Applied Thermal Engineering (2025).
- Dengwei Fu et al., “An experimental investigation on characteristics of liquid film thickness of gas-liquid Taylor flow in square/rectangular microchannel,” IJHMT (2024).
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