| 研究課題/領域番号 |
15K05836
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| 研究機関 | 富山県立大学 |
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研究代表者 |
中川 慎二 富山県立大学, 工学部, 准教授 (30337878)
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| 研究期間 (年度) |
2015-10-21 – 2018-03-31
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| キーワード | 電子機器冷却 / 数値シミュレーション / 対流伝熱 |
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| 研究実績の概要 |
3次元積層システムの簡易モデルを対象とし，その冷却層における基本的な冷却流路構造モデルを考案した。数値シミュレーションを先行して実施することとし，流路での予測精度の検証に取り組んだ。
冷却層の外寸を50mm×50mm×5mmとし，その内部に1辺が3mmの流路を形成する。想定される冷却流れのレイノルズ数は約5,000である。複雑な流路においては，流れのはく離と再付着が発生することが予想される。このような流れに対して，圧力損失と放熱性能を予測することが必要となるため，基礎的な流れにおいて，計算メッシュおよび乱流モデルが計算精度に与える影響を調査した。
オープンソースCFDソフトウェアOpenFOAMでの乱流モデル実装状況を調査し，低レイノルズ数型RANS乱流モデルの中から，複数のモデルを候補として選定した。その中で，SST k－ω モデルは，低レイノルズ数型に正しく対応していないことが分かった。そこで，低レイノルズ数型に対応した改良モデルも検証モデルに加えた。
改良型SST k－ω モデルと温度場0方程式モデルを採用することで，単純な円管流れにおいて，圧力損失と熱伝達率とが経験値を精度良く予測できることを明らかにした。今後，複雑な流路での実験とシミュレーションを実施し，実用的な状況での予測精度を明らかにする予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
採用決定が10月であったため，研究費を活用した研究の開始が遅れた。採用が未決定であった期間には，自己資金で実施可能な数値シミュレーションを主とした研究を先行して進めた。
研究対象となる流れ場でのシミュレーション精度を確保するためには，細密な計算メッシュを利用する必要があることが明らかになった。当初予定よりも多くの計算メッシュが必要であり，計算負荷が高い。これに対応するためにデスクトップPC（2cpu24コア並列計算機）を導入した。この計算機により，科研費使用前に比べて，計算に要する時間を半減させることができた。
計算結果から，実験流路で生じる圧力損失を見積もることが可能となった。この情報を元に，実験装置に組み込む圧力センサおよびシグナルコンディショナを選定した。最適な流路の選定に必要な精度での圧力損失測定が実現できる見込みである。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究に従事するメンバーを，今年度の1名から2名（大学院生1名および大学生1名）へ増員し，実験および数値シミュレーションの両手法を効率的に進めていく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
採択決定が10月となり，申請時計画よりも実験開始時期が大きく遅れ，数値解析による研究を先行して開始した。この数値解析結果により，当初導入予定であった圧力測定装置類の計測レンジを見直す必要が判明した。この選定に時間が要したこと，および，選定したセンサが海外からの輸入品となり，長い納期が必要となったことが原因である。
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度使用額については，上記の圧力測定機器の購入に充てる。先行して進めた数値解析に必要な計算機類を今年度整備したことから，次年度に必要なスーパーコンピュータ利用料金を削減できる見込みである。この差額は，当初計画で初年度に整備する予定であった実験装置の購入に充てる。この処置によって，当初計画に沿った研究の遂行が可能と見込んでいる。
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