超音波を利用した接触熱抵抗のin situ測定法の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13875045
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 藤井 丕夫 九州大学, 機能物質科学研究所, 教授 (90038589)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 張 興 九州大学, 機能物質科学研究所, 助手 (40236823) ; 富村 寿夫 九州大学, 機能物質科学研究所, 助教授 (70136563)
• Keywords: 超音波 / 接触熱抵抗 / 表面粗さ / 数値解析 / 真実接触面積 / 乱数モデル

Research Abstract

本研究は、まず固体と固体の接触界面を通しての超音波伝播について数値シミュレーションを行い、真実接触面積と伝播特性の関係を理論的に定量化する。この数値解析結果に基づき、最終的に真実接触面積に最も敏感な超音波の伝播信号を抽出し、それを計測する手段を開発することを目的とする。
前年度の研究成果に基づき、本年度は以下の研究を行った。
1.超音波伝播実験用データ処理ソフトの開発と種々のテストピースを対象にした一連の数値シミュレーションを行い、基礎データの収集および整理法の検討を行った。
2.表面粗さモデルの無次元化を行い、テストピースおよび介在物質の熱物性値、印加圧力および接触面の表面粗さなどの違いが接触熱抵抗におよぼす影響についての数値シミュレーションを行った。これまでの伝熱実験および数値シミュレーション結果と、上記(1)で求めた超音波伝播に関する数値シミュレーション結果を総合的に整理し、接触熱抵抗と超音波の透過あるいは反射エネルギー間の相関式を提案した。
3.超音波の透過反射特性は真実接触面積と相関があるが、音波の強さに比して面積の大きさによる変化は小さいことが明らかになった。真実接触面積を評価するための透過波および反射波の適切な処理方法を見出した。
4.上記の理論的、実験的研究結果から、本測定法の適用限界を明確にした。

Research Products

• [Publications] X.Zhang, P.Z.Cong, S.Fujiwara, M.Fujii: "Numerical simulation of therm al contact resistance -A new calculation method in cylindrical coordinates -"Thermal Science and Engineering. Vol.10,No.4. 11-12 (2002)
• [Publications] X.Zhang, P.Z.Cong, S.Fujiwara, M.Fujii: "Numerical Simulation of Thermal Contact Resistanc -A New Calculation Method in Cylindrical Coordinates -"Proc. of the 16^<th> European Conference on Thermophysical Properties. CD-ROM ECTP 2002. (2002)