MEMSセンサによる薄液膜の形成·蒸発特性の研究

摘要

沸騰気泡下のミクロ液膜，ミスト冷却による壁面上の液膜，ポート噴射式ガソリンエンジンにおける壁面上の燃料液膜など液膜の形成·蒸発特性が重要となる現象は少なくない．しかし，マイクロレベルでの液膜の蒸発·形成では液膜厚さの計測が難しく，現象解明や予測·制御は難しい．矢吹らは，微小な薄膜温度センサで沸騰気泡下の伝熱面温度を詳細に計測し，非定常熱伝導解析から気泡底部の薄液膜の挙動を捉えることに成功している．そこでは，薄液膜が飽和条件下で蒸発することが仮定されているが，一般的に液膜が蒸発する際の気液界面温度は未知であり，温度センサのみでの蒸発現象を捉えることは難しい．液膜厚さに対する計測と熱的な計測を組み合せることで，液膜が形成·蒸発する過程を捉える必要がある．本研究では，液膜厚さと壁面温度を同時測定できるセンサを開発し，液膜の形成·蒸発に対する応答を調べる事を目的とする．これまでに，高時空間分解能を有するMEMS技術を用いて液膜厚さを測定する薄膜静電容量センサを製作し，エタノール噴霧による液膜形成とその蒸発時に静電容量変化を観測できることを確認した．さらに，薄膜温度センサによる蒸発熱流束の計測を組み合わせ，膜厚と静電容量の対応づけが可能なことを見出した．