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Investigation of Mechanisms of Heat Transfer Enhancement in Complex Flow Passages by Pulsating Flow and Application to Direct Hot Spot Cooling

Research Project

Project/Area Number 16K18022
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Thermal engineering
Research InstitutionKanazawa Institute of Technology (2018-2019)
Iwate University (2016-2017)

Principal Investigator

Fukue Takashi  金沢工業大学, 工学部, 講師 (80647058)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2018: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2017: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2016: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords脈動流 / バイオミメティクス / 電子機器の冷却 / 強制対流熱伝達 / 伝熱促進 / 伝熱効率 / 直接冷却 / 熱交換器 / 流れのはく離 / 省エネルギー / 強制空冷 / 強制水冷 / 高密度実装 / ファン空冷 / 物体周りの伝熱 / 数値シミュレーション / 脈動波形 / 電子機器冷却 / 水冷デバイス / 熱設計 / スケール効果 / 伝熱機器
Outline of Final Research Achievements

The objective of this study is to develop a novel cooling technology with high efficiency that can be applied regardless of dimensions of cooling devices. We focused on an application of a pulsating flow that exists in flow systems in our body, deviating from an existing concept for conventional flow control method for cooling devices.
Firstly, the heat transfer enhancement around centimeter scale heating components by the pulsating flow was clarified. Secondly, the scale effect of the heat transfer enhancement by the pulsating flow was investigated while changing working fluids and the dimensions of the flow passages. Finally, an effectiveness of the pulsating flow in a miniaturized flow passage that simulates the direct hot spot cooling was evaluated. Through this study, a possibility of a development of a novel cooling methodology based on the application of the pulsating flow is clarified regardless of the working fluids and the dimensions of the cooling systems.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の実施により,流れに周期的な脈動を加えることによって,一連の伝熱促進と省エネルギの熱交換が,対象とする熱流体機器の寸法や作動流体を問わず得られる感触を得ることができた.この成果は,単にホットスポットをもつ超高密度実装の電子機器に向けた冷却技術への応用に留まらず,同様に小型化や省エネルギ化が求められる自動車関連機器やエネルギ機器への展開も期待できる.従来の「定常な流れによる冷却」という既成概念を覆した,脈動を前提とした冷却システムや熱交換システムは,持続可能な社会の構築の推進にも寄与が期待でき,熱流体設計の思想を十分に変えるインパクトを得られる可能性を得た.

Report

(5 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (27 results)

All 2020 2019 2018 2017 2016 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (23 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] 冷却だってバイオミメティクス、脈動で伝熱促す2018

    • Author(s)
      福江高志
    • Journal Title

      日経xTECH

      Volume: 2018/6/25

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  • [Journal Article] Novel Development for Thermal Design of Electronic Equipment Using Pulsating Flow from Knowledge of Nature2018

    • Author(s)
      福江高志
    • Journal Title

      Journal of The Japan Institute of Electronics Packaging

      Volume: 21 Issue: 2 Pages: 114-121

    • DOI

      10.5104/jiep.21.114

    • NAID

      130006407232

    • ISSN
      1343-9677, 1884-121X
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  • [Journal Article] Effects of Clearance around Square Pillar in Rectangular Enclosure on Cooling Performance of Pulsating Airflow2016

    • Author(s)
      Fukue, T., Hirose, K., Shirakawa, H., Suzuki, J. and Saga, Y.
    • Journal Title

      Journal of Mechanics Engineering and Automation

      Volume: 6-8 Issue: 8 Pages: 385-391

    • DOI

      10.17265/2159-5275/2016.08.001

    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 矩形リブまわりに誘起した脈動流の伝熱促進とリブ高さの関係についての数値解析2020

    • Author(s)
      早川慎太郎, 福江高志, 白川英観
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      第57回日本伝熱シンポジウム
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      第57回日本伝熱シンポジウム
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      浜谷慧一, 福江高志, 白川英観
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      第57回日本伝熱シンポジウム
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      Fukue, T., Shirakawa, H. and Hiratsuka, W.
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 矩形障害物まわりに誘起した脈動流の減速期間における熱流体特性の基礎検討2019

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      浜谷慧一, 福江高志, 白川英観
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      浜谷慧一, 福江高志, 白川英観
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      早川慎太郎, 福江高志, 白川英観, 平塚わかな
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      日本機械学会熱工学コンファレンス2019
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      福江高志
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    • Invited
  • [Presentation] 矩形流路内に設置した複数の発熱部品まわりの脈動流の数値解析2018

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      福江高志, 白川英観
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      日本機械学会熱工学コンファレンス2018
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      福江高志
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  • [Presentation] T字分岐への脈動流付与により発生する伝熱の変化2018

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      廣瀬裕介, 福江高志, 白川英観, 鈴木順, 廣瀬宏一
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      日本機械学会東北支部第53期総会・講演会
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  • [Presentation] リブ付きミニチャネル内の脈動流による伝熱促進に関する数値解析2017

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      平塚わかな, 福江高志, 白川英観, 廣瀬宏一, 鈴木順
    • Organizer
      第54回日本伝熱シンポジウム
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  • [Presentation] 脈動流による矩形筐体内の発熱部品の伝熱促進に対する脈動波形の影響2017

    • Author(s)
      鈴木信昭, 福江高志, 廣瀬宏一, 白川英観, 鈴木順
    • Organizer
      第54回日本伝熱シンポジウム
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  • [Presentation] 脈動流水冷デバイス開発に向けた最適脈動波形の探査2017

    • Author(s)
      福江高志, 平塚わかな, 白川英観, 廣瀬宏一, 鈴木順
    • Organizer
      日本機械学会2017年度年次大会
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  • [Presentation] Numerical Investigation of Effects of Pulsating Wave Pattern on Heat Transfer Enhancement around Square Ribs by Pulsating Flow2017

    • Author(s)
      Fukue, T., Hiratsuka, W., Shirakawa, H., Hirose, K. and Suzuki, J.
    • Organizer
      The 28th International Symposium on Transport Phenomena; ISTP-28
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] Visualization of Heat Transfer Mechanism of Pulsating Flow around Ribs mounted in Rectangular Duct2017

    • Author(s)
      Suzuki, J., Fukue, T., Hiratsuka, W., Shirakawa, H. and Hirose, K.
    • Organizer
      The 11th Pacific Symposium on Flow Visualization and Image Processing; PSFVIP-11
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] CFD-Based Basic Investigation on Heat Transfer Characteristics of Pulsating Flow in Narrow Cooling Passages2016

    • Author(s)
      Suzuki, N., Hiratsuka, W., Fukue, T., Shirakawa, H., Suzuki, J. and Hirose, K.
    • Organizer
      IEEE CPMT Symposium Japan 2016; ICSJ2016
    • Place of Presentation
      京都大学(京都府京都市)
    • Year and Date
      2016-11-07
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of Clearance around Heating Prism on Cooling Performance of Pulsating Airflow2016

    • Author(s)
      Fukue, T., Hirose, K., Shirakawa, H., Suzuki, J. and Saga, Y.
    • Organizer
      The 4th International Forum on Heat Transfer ; IFHT2016
    • Place of Presentation
      仙台国際センター(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-11-02
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      2016 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ファンの電圧制御による脈動流の生成と伝熱促進の可能性2016

    • Author(s)
      福江高志, 廣瀬宏一, 白川英観, 鈴木順
    • Organizer
      日本機械学会 熱工学コンファレンス2016
    • Place of Presentation
      愛媛大学(愛媛県松山市)
    • Year and Date
      2016-10-22
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      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 矩形管ミニチャネル内部の脈動流による伝熱促進の可能性検討2016

    • Author(s)
      平塚わかな, 福江高志, 鈴木信昭, 白川英観, 鈴木順, 廣瀬宏一
    • Organizer
      日本機械学会 熱工学コンファレンス2016
    • Place of Presentation
      愛媛大学(愛媛県松山市)
    • Year and Date
      2016-10-22
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      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 構造物まわりの脈動流の伝熱促進機構における寸法効果の基礎的研究2016

    • Author(s)
      鈴木信昭, 福江高志, 白川英観, 廣瀬宏一, 嵯峨遥介
    • Organizer
      2016年度日本冷凍空調学会年次大会
    • Place of Presentation
      神戸大学(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2016-09-06
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  • [Presentation] 脈動流を用いた発熱部材の伝熱促進に対する流路寸法の影響2016

    • Author(s)
      嵯峨遥介, 福江高志, 廣瀬宏一, 白川英観
    • Organizer
      日本機械学会 第21回動力・エネルギー技術シンポジウム
    • Place of Presentation
      横浜市開港記念会館(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2016-06-16
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      2016 Research-status Report
  • [Presentation] バイオミメティクスの視点に立った電子機器の強制対流冷却促進技術の検討2016

    • Author(s)
      福江高志, 石塚勝
    • Organizer
      日本機械学会 RC271 高密度エレクトロニクス実装における信頼性評価と熱設計に関する研究分科会 第2回分科会
    • Place of Presentation
      東京理科大学 森戸記念館 第一会議室(東京都新宿区)
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Invited
  • [Remarks] 福江研究室ホームページ,バイオミメティクス

    • URL

      https://www.fukuelab.net/biomimetics/

    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2021-02-19  

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