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本研究は次世代VLSIチップに代表されるような、高熱流束でしかも厳しい温度制約条件が課された伝熱面の冷却について、実験および解析の両面から検討を加えたものである。このような伝熱面の冷却に際しては、熱伝達率が10^5W/m^2Kから、時には10^6W/m^2Kに及ぶ非常に高い値を、しかも確実に得ることが必要不可欠である。そのような高熱伝達率が実現しうる冷却法の一つとして、本研究ではマイクロチャンネル冷却法を取り上げた。
このマイクロチャンネル冷却法については、従来の研究によって優れた除熱能力が有ることが確認されているが、より一般的な条件下における流動・伝熱特性の把握はなされていない。またこの冷却法では、微細な溝や空孔に冷却材を流すが、これによって圧力損失が必然的に増大することが問題となっている。したがって、与えられた除熱性能を発揮しつつ、しかも圧力損失を可能な限り低減するようなマイクロチャンネルの最適設計を行なう必要が有る。このことから、本研究では、多孔質発泡金属および直線フィン型マイクロチャンネルについて実験を行ない、その伝熱・流動特性を把握することにした。また同時に解析によって、より一般的な条件下におけるチャンネルの最適化を試みた。以上の検討により得られた主要な結果を列挙すると以下のとおりである。
(1)最高許容温度が課された伝熱面の冷却性能は、熱伝達率よりも最大除熱量で評価すべきである。(2)所定の除熱量を得るには、ある限界値以上の圧力損失を必要とする。(3)所定の除熱量に対し、圧力損失を最小にする最適チャンネル形状が存在する。
本研究で得られた成果を利用することにより、今後種々の諸元、発熱密度、温度制約条件を有するVLSIチップの最適冷却設計が可能になるものと思われる。
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