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西川原 理仁(にしかわら まさひと)

所属 機械工学系
兼務
職名 助教
専門分野 伝熱工学,多孔体内気液二相流
学位 博士(工学)(名古屋大学)
所属学会 日本機械学会/日本伝熱学会/日本ヒートパイプ協会
E-mail nishikawara@me
※アドレスの末尾に「.tut.ac.jp」を補完してください
研究室web http://ec.me.tut.ac.jp/
研究者情報リンク 研究者情報

研究紹介

私は、ループヒートパイプ、多孔体内気液二相流、電気流体力学を利用した熱輸送デバイス開発など伝熱工学・流体力学において基礎から応用に至るまでの研究に取り組んでいます。

テーマ1:ループヒートパイプ蒸発器内部の詳細な熱流動現象解明および実用化に向けた研究

概要
ループヒートパイプに関する研究

航空宇宙工学分野、自動車、電子機器、パワー半導体などでは、小型化、高性能化などに伴う機器の発熱密度の急増が問題となっており、高性能な熱制御機器の開発が急務となっています。特に、軽量性の観点から省エネルギ、省スペースな機器が要求されます。そのため本研究では、電力なしで動作でき、配置の自由度が高い熱輸送デバイス、ループヒートパイプ(LHP)に注目しています。LHPは、駆動力である毛細管力を発生させるために蒸発器に多孔体を設置しています。蒸発器では蒸発によって吸熱するため、相変化を伴う多孔体内気液熱流動という物理に支配されています。現状では蒸発器の物理現象は理解されていないため、形状などの設計方法が確立されていないこと、また不安定な非定常特性の存在などの課題が存在しています。これまでは経験的に設計が行われていましたが、本研究では3次元シミュレーションや、可視化実験などにより物理現象を解明し、基礎学理に基づく高精度な設計理論や時間応答に対して動作が安定で高い熱流束にも対応可能なLHPを構築することを目的としています。

主な業績
  1. M. Nishikawara, H. Nagano, and M. Prat, “Numerical Study on Heat Transfer Characteristics of Loop Heat Pipe Evaporator Using Three-Dimensional Pore Network Model,” Applied Thermal Engineering, 2017. http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.02.050
  2. M. Nishikawara, H. Nagano, “Optimization of wick shape in a loop heat pipe for high heat transfer,” International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 104, pp. 1083-1089, 2017. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.09.027
  3. 西川原理仁,長野方星,“ポアネットワークモデルを用いたループヒートパイプ蒸発器の気液熱流動挙動の解析(多孔体内気液分布と熱伝達特性)”日本伝熱学会論文集, Vol. 23, No. 4, pp.71-80, 2015. http://doi.org/10.11368/tse.23.71
  4. M. Nishikawara and H. Nagano, “Parametric Experiments on a Miniature Loop Heat Pipe with PTFE Wicks,” International Journal of Thermal Sciences, Vol. 85, pp. 29-39, 2014. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2014.05.016
  5. M. Nishikawara, H. Nagano, and T. Kaya, “Transient Thermo-Fluid Modeling of Loop Heat Pipes and Experimental Validation”, Journal of Thermophysics and Heat Transfer, Vol. 27, No. 4, pp. 641-647, 2013. http://dx.doi.org/10.2514/1.T3888

キーワード

ループヒートパイプ、気液二相流、ポアネットワークモデル、毛細管力、多孔体流れ

テーマ2:多孔体内気液二相流に関する研究

概要
マイクロ多孔体構造再構築、ポアネットワーク、温度場解析

スポンジ構造に代表される多孔体内で気体と液体が混在した流れは、気液界面の増加や毛細管力の発生などの利点により、ヒートパイプをはじめ、多孔体を用いた沸騰熱伝達率向上、燃料電池ガス拡散層などに利用され、またメタンハイドレードなどの土壌地下資源回収などにおいても現れる現象であり、本研究では多孔体内流れ学、特に熱の影響のある流動に関する基礎的な現象の解明を目的としている。現在は、液相の過熱状態から初期気泡が発生する多孔体内気泡核生成および気相と液相の相置換メカニズムに重点をおいて研究を行っている。

主な業績
  1. M. Nishikawara, H. Nagano, L. Mottet and M. Prat, “Formation of unsaturated regions in the porous wick of a capillary evaporator,”International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 89, pp.588–595, 2015. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.05.054

キーワード

ポアネットワークモデル、毛細管力、多孔体内気液二相流、X線CT、パーコレーション

テーマ3:電気流体力学(EHD)ポンプを利用した熱輸送デバイス開発

概要
EHDポンプ概略

クーロン力を利用したEHDポンプは可動部がないため、従来の羽根車を使用したポンプと比較して振動・騒音がないという特徴を有している。本研究では、EHDポンプを利用した熱輸送デバイスを開発するため、数値解析や実験により高性能な電極形状・構成を明らかにし、多段化・並列化による大容量化・高出力化を実現し、EHD熱輸送デバイスの実用可能性を見い出すことを目的とし研究を行っています。

主な業績
  1. M. Nishikawara, M. Shimada, M. Saigo and H. Yanada, “Numerical investigation into characteristics of an ion drag pump,” Journal of Electrostatics, Vol. 84, pp. 23-31, 2016. http://dx.doi.org/10.1016/j.elstat.2016.08.001

キーワード

電気流体力学(EHD)、イオンドラッグ流れ、熱輸送デバイス、伝導ポンピング

担当授業科目名(科目コード)

  1. 機械創造実験(B11610101)
  2. 物理実験(B1013009a)

その他(受賞、学会役員等)

  1. 日本機械学会奨励賞(研究)、2017年4月
  2. マツダ研究助成奨励賞、2015年10月
  3. 日本機械学会熱工学部門若手優秀講演フェロー賞、2014年7月

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