伝熱の基礎とExcelによる熱計算演習講座

電子機器冷却や車載機器の温度制御、製造設備の加熱冷却など、最近ではきめ細かな温度管理を必要とする機器が増えています。このような機器の「熱設計」には温度予測が不可欠ですが「熱計算」は基礎式が非線形になる上、伝導、対流、放射という3つの伝熱形態が同時に起こるため複雑です。そのため、実用的な設計計算を手計算で行なうことは難しく、ついつい高価な数値熱流体解析ソフト (CFD) に頼りがちです。 　熱設計や熱対策を合理的に行なうには、設計者自身が基本的な伝熱メカニズムを理解し、伝熱基礎式を用いて伝熱現象をモデル化し、論理的な分析ができることが重要です。Excelなどの表計算ツールを用いることで単純な基礎式を組み合わせて、実務的な熱計算を行なうことができるようになります。 　本セミナーでは伝熱現象とこれを表現する基礎式を理解し、これらを組み合わせて実用的な問題を解けるようにします。さらに熱回路網法を用いて複雑な熱モデルの組立てと、分析方法についても学びます。演習に用いたソフトは持ち帰って各自の熱設計に使用できます。

1. 熱設計の基礎知識
   1. 機器の温度が制限される要因
   2. 熱設計・熱計算の目的
2. 伝熱の基礎
   1. 熱とは何か?温度とどう違うか?
   2. 熱移動の基礎式
   3. 熱伝導のメカニズムと基礎式
   4. 対流のメカニズム
   5. 平板自然対流・強制対流熱伝達の計算
   6. 放射のメカニズムと基礎式
   7. 放射係数と形態係数
   8. 物質移動による熱輸送の式
      • 手計算演習
        • 多層基板の計算
        • 自然対流平板の温度予測
3. 温度予測手法とその原理・精度
   1. 基礎式を組み合わせて解く方法
   2. 通風筐体の内部温度の計算
   3. ヒートシンクの計算
   4. モータの吹付ファンによる冷却
   5. 熱回路網法の原理と基本ルール
      • Excel演習
        • 多層基板の計算
        • 自然対流・放射平板の温度予測
        • 市販ヒートシンクの性能推定
4. 熱回路網法による定常計算
   1. 放熱プレートの温度分布計算
   2. 熱回路モデルの作り方
   3. 節点の種類と熱抵抗の接続法
      • Excel演習
        • アルミプレートの温度分布
        • 筐体内部温度と通風口面積
5. 電子機器・基板のモデル化方法
   1. 基板・コイルの等価熱伝導率計算
   2. 接触熱抵抗のメカニズムと計算法
   3. 基板の熱解析 (サーマルビアの効果と有効本数)
   4. 密閉筐体・通風機器の熱回路モデル
   5. 自然空冷・強制空冷筐体の内部温度
      • Excel演習: 通風口面積と筐体内部空気温度
6. 熱回路網法による非定常計算事例
   1. プレートの温度上昇時間
   2. センサによる温度制御
   3. EV用バッテリーの温度変動と制御
• 質疑応答