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2019 年度 実績報告書

流れの脈動による複雑流路内の伝熱促進機構の解明とホットスポット直冷技術への展開

研究課題

研究課題/領域番号 16K18022
研究機関金沢工業大学

研究代表者

福江 高志  金沢工業大学, 工学部, 講師 (80647058)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード脈動流 / 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
研究実績の概要

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.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 学会発表 (8件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [学会発表] 矩形リブまわりに誘起した脈動流の伝熱促進とリブ高さの関係についての数値解析2020

    • 著者名/発表者名
      早川慎太郎, 福江高志, 白川英観
    • 学会等名
      第57回日本伝熱シンポジウム
  • [学会発表] 曲がりを有する矩形管内に設置した発熱体まわりの脈動流の数値解析2020

    • 著者名/発表者名
      市川航平, 福江高志, 浜谷慧一, 白川英観
    • 学会等名
      第57回日本伝熱シンポジウム
  • [学会発表] 矩形流路内に設置した円柱周りの脈動流による強制水冷の実験的研究2020

    • 著者名/発表者名
      浜谷慧一, 福江高志, 白川英観
    • 学会等名
      第57回日本伝熱シンポジウム
  • [学会発表] Basic Study on Flow and Heat Transfer Control around Heating Components in Rectangular Duct by Pulsating Flow2019

    • 著者名/発表者名
      Fukue, T., Shirakawa, H. and Hiratsuka, W.
    • 学会等名
      The 15th International Conference on Fluid Control, Measurements and Visualization; FLUCOME2019
    • 国際学会
  • [学会発表] 矩形障害物まわりに誘起した脈動流の減速期間における熱流体特性の基礎検討2019

    • 著者名/発表者名
      浜谷慧一, 福江高志, 白川英観
    • 学会等名
      2019年度日本伝熱学会北陸信越支部総会・春季セミナー
  • [学会発表] 脈動流による矩形発熱体まわりの伝熱促進に対する減速期間の影響度の評価2019

    • 著者名/発表者名
      浜谷慧一, 福江高志, 白川英観
    • 学会等名
      日本機械学会熱工学コンファレンス2019
  • [学会発表] 脈動流とリブの組み合わせによる冷却チャネル内の伝熱促進に対するリブ高さの影響”2019

    • 著者名/発表者名
      早川慎太郎, 福江高志, 白川英観, 平塚わかな
    • 学会等名
      日本機械学会熱工学コンファレンス2019
  • [学会発表] リバース1DCAEから考える電子機器の熱設計2019

    • 著者名/発表者名
      福江高志
    • 学会等名
      日本機械学会 1DCAE・MBDシンポジウム2019
    • 招待講演
  • [備考] 福江研究室ホームページ,バイオミメティクス

    • URL

      https://www.fukuelab.net/biomimetics/

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公開日: 2021-01-27  

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