伝熱の基礎とExcelを用いた伝熱計算

パワエレ機器、LED素子、リチウム電池などなど多くの電子機器に置いては発熱密度の増大に伴い効果的な冷却設計が重要になってきている。電気回路と熱回路の類似性 (相似性) を利用した熱回路網法は、PC上で手軽に熱解析が可能で、EXCELを利用しても十分実用的な計算ができる。また熱抵抗の概念から効果的な冷却設計の指針が得られるという大きなメリットを有している。 　ここでは、EXCELで伝熱計算を行うための伝熱の基礎および冷却促進のための基本的な考え方を講義した後、EXCEL を使用した熱回路網法による伝熱計算技術を演習により身につけていただく。その中ではEXCELの基本的な操作を説明した後、定常解析、非定常解析それぞれの場合の解析法を簡単なモデルおよび実用的なモデルの2種類について説明し演習を行う。 最後に今後の展望として、最近話題になっており、利用が進んでいるCFDによる逆解析 (感度解析) の熱設計への活用事例を紹介する。

1. 伝熱の基礎
   1. 温度と熱
   2. 伝熱の3要素
   3. 熱伝導
   4. 対流熱伝達
   5. 放射熱伝達
   6. 流れによる熱輸送
   7. ヒートシンク
   8. フィン効率
2. 効果的な冷却の考え方
   1. 冷却促進の考え方
   2. 対流熱伝達の効果的利用例
   3. 前縁効果とは
   4. マイクロ化 (代表長さを小さく) による伝熱促進
   5. 風量増大効果の例
   6. 乱流促進利用例
   7. 遮蔽板の利用
3. 熱回路網法の基礎
   1. 熱抵抗の考え方の利点
   2. 電気回路との相似性 (アナロジー)
   3. 熱抵抗の計算式
   4. 熱容量の計算式
   5. 基礎方程式
   6. 熱回路網法の解法
      1. 定常熱計算法
      2. 非定常熱計算法
   7. 熱抵抗の接続法
4. Excelを用いた熱解析演習
   1. エクセルによる温度計算の利点と欠点
   2. 定常伝熱計算演習
      1. 一般的な熱回路網法の解法 (Excelの繰り返し計算機能利用)
      2. 1次元熱伝導の解析
      3. 流体温度変化計算
         • 入口温度基準モデル
         • 出口温度基準モデル
   3. 非定常伝熱計算
      1. 一般的な熱回路網法の解法 (陽解法と陰解法)
      2. 1次元熱伝導の解析
5. 熱回路網法の応用例
   1. 直線フィン温度分布解析例
   2. プリント基板温度分布計算例
   3. 日射を受ける通風筐体の定常解析例
   4. ヒートパイプを使用した機器の熱解析例
6. 今後の展望
   1. CFDの逆解析機能を活用した熱設計例
• 質疑応答