2023 Fiscal Year Annual Research Report
勾配法に基づく放熱用の最適多孔質体構造の提案とその実験的実証
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21K03896
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
佐野 吉彦 静岡大学, 工学部, 准教授 (90720459)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 形状最適化 / 多孔質体 / 局所体積平均理論 / 伝熱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，放熱用の多孔質体構造に理論設計手法がないことを問題提起とし，勾配法と局所体積平均理論の連成により物理科学に基づく多孔質体デザイン手法を確立することである． 最終年度は，2年目に引き続き，A）１年目で確立した数理理論に基づき数値シミュレーションを実行して，更なる放熱性能を有する多孔質構造 体を探索すること，（B）実験に基づく本理論の妥当性を検証すること，（C）伝熱要素解析による伝熱促進メカニズムを検討すること，さらに（D）多孔質体の理論設計手法から得られた多孔質放熱器を３Dプリンターより作成し，その放熱量を計測することである．
2年目までの一連の結果として，本デザイン手法は多孔質体の放熱性能を高めるために有用であることを証明した．しかし，透過率の実験的計測を進めていくうえで，伝熱量を高めると，エネルギー的に伝熱量よりも圧力損失が増加してしまうことが判明した．そこで，最終年度では多孔質体を通る際の流体の散逸エネルギーと放熱量の２つからなる多目的関数を新たに導入して，これまで提案した理論手法の発展的な改良を優先的に検討した．
改良した新理論にて，流体の散逸エネルギーと放熱量に重みづけを施したうえでSC構造体，FCC構造体，FCCSC構造体，BCC構造体，BCCSC構造体の形状改善数値シミュレーションを行った結果，一部の構造体においては流体の圧力損失を減らしたうえで放熱量を増加させることが出来ることが分かった．また，散逸エネルギーの減少の重みづけを伝熱量よりやや増加させることで，多くの多孔質体で圧力損失当たりの放熱量を増加させることが出来ることが分かった．
これらの成果は２件の国内学会で発表した．
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