エネルギー・環境分野　Okawa Laboratory

研究内容

大川研究室では、エネルギーと環境に関する研究を行っております。 熱と流れは、発電所、燃料電池、ディーゼルエンジン、鋼の焼入れなど、様々な分野において重要な研究分野です。

【気体と液体が混在する場の複雑な熱流動現象を解明する】
水だけや空気だけの流れを「単相流」、水と空気が混ざった流れを「気液二相流」と呼びます。単相流でも熱と流れの様相は複雑ですが、気液二相流では、さらに気体と液体の界面が時々刻々と複雑に変化するため、熱流動現象の理解は気が遠くなるほど困難になります。 大川研究室では、大きいものでは発電プラントの安全性向上、小さいものでは次世代CPUの冷却手法の確立を目指して、「気液二相流」のメカニズム解明に取り組んでいます。

【キーワード】
熱流動、気液二相流、沸騰熱伝達、熱工学、流体工学、混相流、実験、数値シミュレーション、原子炉熱流動、化学プラント、電子機器冷却、ナノ流体

沸騰現象の解明

沸騰とは、身近な現象であると同時に、非常に複雑な現象です。特に、原子力発電所における沸騰現象は、その安全性や健全性を評価する上で非常に重要です。画像解析や数値計算を用いることにより、沸騰現象の理解を試みています。

強制対流サブクール沸騰におけるOSV機構の解明

沸騰による液滴飛散機構の解明

高温面液体冷却時におけるクエンチ現象の解明

ナノ流体

水などの液中に微粒子（ナノ粒子）を分散させた液体をナノ流体と呼びます。このナノ流体を用いた沸騰による冷却性能は水に比べて2倍ほど向上するが、未だそのメカニズムは解明されていません。

ナノ流体プール沸騰における熱伝達

ヒートパイプにおけるナノ流体の伝熱性能

ナノ粒子層の毛管力

噴流衝突による液滴飛散

Na高速増殖炉におけるNa漏洩事故を受け、その事故時の評価解析が行われています。配管から漏れたNaは空気と反応し燃焼します。このとき、どの程度Naが広がるか、構造物等に衝突しどの程度飛散するのか、飛散するときの液滴の大きさはどの程度なのかなど、不確かな情報が多いことから、本研究室では実験的にこれらの情報の取得及び評価に努めています。

液滴・液膜衝突時における二次液滴

液噴流・固体面衝突時の液滴生成過程

二相噴流・固体面衝突時の液滴生成過程

溶融塩炉におけるフリーズバルブ

溶融塩炉は、現在開発が進められている第四世代原子炉の一つで、液体燃料を使用しています。溶融塩炉には、フリーズバルブと呼ばれる弁が原子炉とドレンタンクを結ぶパイプ内に設置されています。事故が発生した際は、フリーズバルブ内の塩が融解することで弁が開状態となり、燃料が炉内から排出されます。

溶融塩炉におけるフリーズバルブ

高性能熱輸送デバイスの開発

JKAからの支援を受けて、次世代スマートフォン等の高発熱密度電子機器の冷却に応用可能な熱輸送デバイスの開発を行っています。

Nanoparticle coating in heat pipe design for miniaturised cooling