| 研究課題/領域番号 |
20K04320
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| 研究機関 | 福井大学 |
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研究代表者 |
党 超鋲 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (30401227)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 高熱流束冷却 / データセンタ冷却 / マイクロチャネル / 流動沸騰 / 流動不安定 / 薄液膜蒸発 / 濡れ性 / ヘルムホルツ共鳴器 |
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| 研究実績の概要 |
高熱流束冷却には、マイクロチャネルを用いた流動沸騰が有効であるが、並列沸騰流路を用いる時、各流路の流量が不均一・不安定になりやすく制御することが困難であることが知られている。この問題を対処するため、放射拡張流路を利用して流動安定化させる手法を提案し、高い流動安定性及び伝熱促進効果を確認した。
データセンタの冷却には、一つのシステムを用いて複数のCPU或いはサーバを同時に冷却する必要がある。いくつかの冷却器を直列或いは並列に接続して、冷却ネットワークとして利用することが望ましい。本研究で提案した放射拡張流路冷却器を用いて、一定の加熱条件における各冷却器に適切な流量分配を行うことを確認した上、加熱量の急激な変化にも対応できることを実証した。直列に繋いだ場合、下流側の熱源の加熱量を400Wから０Wに変化させても、上流側の冷却器の流動沸騰の様子がほとんど影響を受けなかった。一方、2つの冷却器を並列に繋いだ場合、一方の熱源をオン・オフに繰り返しても、もう一方の熱量固定の冷却器の冷媒流量は変化するものの、冷却性能の変化が少なく、また安定的な流動沸騰を維持することを確認した。
拡張流路の適用性を広げるため、３Dプリンタなどで樹脂製の流路を加工し、伝熱面の上に乗せるだけで同じ性能が得られることを確認した。
伝熱促進のため新しい発想として入口にヘルムホルツ共鳴器構造を設けることで入口振動流を発生させ、伝熱面上形成する速度境界層、温度境界層を定期的に更新することによる伝熱向上の可能性を評価した。
拡張流路内の流動/相変化メカニズムの解明と形状パラメータの影響を調べるため、数値シミュレーションモデルを作成し、拡張流路内部の相変化の様子を再現できた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
提案した放射拡張流路冷却器を、データセンタの冷却に適用するために必要である静的な流量分配特性と流動安定性を確認した上、加熱量の急激な変化にも対応可能なことを確認した。
また、蒸気の加速に合わせた流路形状の設計による流動沸騰安定性の向上を図るため、伝熱面の上に流路の加工より、３Dプリンタなどで樹脂製の流路を加工し、伝熱面の上に乗せるだけで同じ性能が得られることを確認した。
流量の少ない条件における伝熱促進ための新しい発想として、入口振動流を発生させ、伝熱性能を向上する手法も提案した。
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| 今後の研究の推進方策 |
次世代高性能データセンターの確実な冷却と潜熱回収の革新的な手法として、循環ポンプ駆動選択的給液型相変化冷却方式（アクティブ方式）と循環ポンプを用いない自己吸引式冷却方式（パッシブ方式）の二つを提案し、流路内の流動様式と沸騰様式の可視化観察、薄液膜厚みの計測および伝熱性能の評価を行うことで、選択的な液体供給による局所ドライアウト抑制効果および液体の自己吸引による薄液膜蒸発から膜沸騰への遷移抑制効果を明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
２０２１年度ほとんど出張できなかったため経費が余りました。２０２２年度テストセクション加工費用として使用する予定。
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