2019 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of Mechanisms of Heat Transfer Enhancement in Complex Flow Passages by Pulsating Flow and Application to Direct Hot Spot Cooling
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16K18022
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| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
福江 高志 金沢工業大学, 工学部, 講師 (80647058)
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2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 脈動流 / 伝熱促進 / 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ホットスポットが発生するような高熱流束発熱体の冷却を想定した脈動水流実験系の構築に成功し，脈動流による伝熱促進の有効性について評価を行った．あわせて，実際の冷却系で想定される複雑流路を想定し，90°曲がり管内部に設置した複数の発熱体の冷却を脈動水流で行う場合の有効性についても数値解析で評価を行った．
実験は断面が正方形のミニチャネル (幅 10 mm，高さ 10 mm) の内部に円柱発熱体 (直径 6 mm) を実装し，電磁弁により脈動水流を誘起し実施した．弁の開閉時間を変化させながら，加速期間・減速期間を組み合わせることで，水の脈動条件に対する冷却能力への影響を追った．ミニチャネル内の時間平均流速を代表流速に，ミニチャネルの水力等価直径を代表寸法に取ったReynolds数が350から2160までの間で実験した．結果，脈動条件に依らずに水冷においても脈動流による伝熱促進が可能であることを実験から示すことができた．水冷・空冷を問わず，脈動化すること自体が流路内に実装された物体まわりの伝熱促進に多大に寄与することを俯瞰的に明らかにできた．
かつ，曲がり管内に複数の発熱体を実装した場合の数値解析では，曲がり部に対する発熱体の実装位置が変化しても，脈動化による伝熱の優位性は変わらないことを確認できた．
以上から，高熱流束発熱体に対応する水冷デバイスへの脈動流の応用が，デバイスの構造によらず高い伝熱促進を実現できること，空冷・水冷の別を問わず有効であることを実証することができた．この事実は，これまで定常流による冷却を是としてきた冷却系の設計に一石を投じるものであり，次世代の冷却制御の新しい考え方として提案できるものとなった．実際の応用に向けては，流れの脈動化を前提とした流体の輸送システムも含め，冷却系として包括的な提案が必要であり，今後の課題として継続的に検討していく予定である．
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