| 研究概要 |
CPUの発熱密度は増加の一途をたどっている.そこで従来にない新しい原理に基づく超高性能ヒートシンクの開発が必須である.本研究はフィン内部に沸騰による流体駆動機構を有する熱輸送システムを提案し,吸熱,熱輸送,放熱の各過程に生ずる物理現象を把握・解明することにより,その実現可能性を明らかにすることを目的とする.
伝熱実験では先ず,加熱・冷却部ヘッダ間を一列の細管で接続した銅製2次元テストセクションを用いた.作動流体はR-134a,パイプ内直径は0.51〜2mm,長さ100mmである.ヘッダ間温度差,ヘッダ径(1mm,6mm),パイプ本数(2,3,6,12)を変化させた.実効熱伝導率のピークは管径が小さい程大きく,銅に比べ最大200倍となった.また,本研究の並列細管型は,従来の蛇行閉ループ型に比べ,数倍から十数倍高い実効熱伝導率を示した.さらに実際のヒートシンクを模擬した3次元テストコア(内直径0.51mm)での実験も行い,液封入により熱抵抗を最大80%減少させることができた.
流れの可視化実験では,ガラス製2次元テストセクション(内直径1.0,2.4,4.4mm,細管本数1〜6本)を用い,高速度ビデオで撮影した.作動流体は水またはエタノールである.ヘッダ間温度差の増加により,気泡移動速度も増加した.細管本数が2〜6本では,テストコア内を気相と液相が上昇・下降する内部流動があり,潜熱・顕熱輸送の両方を行うことがわかった.また,細管内径1mmの場合には上昇流での液輸送は見られず,蒸気のみが上部ヘッダに流れ込む点に細管内径の影響が見られた.
数値計算では1次元圧縮性気液二相流の解析を行った.CIP法を用い,相変化が無い場合には液プラグの移動を再現できた.相変化モデルとして温度回復法を用いたが,相変化界面位置の捕捉を十分な精度で行うには至らず,蒸発による液駆動を再現することは出来なかった.
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