勾配法に基づく放熱用の最適多孔質体構造の提案とその実験的実証

基于梯度法的最佳散热多孔结构的提出及其实验验证

• 批准号: 21K03896
• 负责人: 佐野 吉彦
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Shizuoka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03896/
• 关键词: 形状最適化; 多孔質体; 局所体積平均理論; 伝熱; 構造最適化; 勾配法

本研究の目的は，放熱用の多孔質体構造に理論設計手法がないことを問題提起とし，勾配法と局所体積平均理論の連成により物理科学に基づく多孔質体デザイン手法を確立することである．２年目の目的は（A）１年目で確立した数理理論に基づき数値シミュレーションを実行して，更なる放熱性能を有する多孔質構造体を探索すること，（B）実験に基づく本理論の妥当性を検証すること，（C）伝熱要素解析による伝熱促進メカニズムを検討することであった．まず放熱媒体を想定して，SC構造体，FCC構造体，FCCSC構造体，BCC構造体，BCCSC構造体の形状改善数値シミュレーションを行い，全ての構造体においてその伝熱量を増加可能であることを示した．さらに，形状改善したBCCSC構造体では，圧力損失を考慮した熱効率指数においてもその値を高めることに成功し，ルーバーフィンよりも高い熱効率指数を得ることを達成した．実験では，３Dプリンターを用いてデザインした多孔質構造体の造形を行った．2年目は放熱実験装置の作成を行い，放熱実験の前段階として上記BCCSC構造体の透過率に注目して，本多孔質体デザイン手法の妥当性の検証を行った．その結果，実験でもデザインした多孔質構造体の有意義性を実証することができた．さらに，伝熱要素解析を実行することで，更なる放熱性能を有する多孔質構造体を得るためには，構造体内で比較的流れが透過しやすく且つ温度勾配の大きい領域に向けて構造体を拡大させていくこと，さらに，流れが構造体と衝突して局所熱伝達率を高める領域を増やすことが重要であることが分かった．これらの成果は３件の国内学会で発表し，内１件では若手優秀講演者賞を受賞した．

The purpose of this research is to raise the problem of theoretical design methods for porous structures for heat dissipation, establish the basic design methods for porous structures for physical science by using the matching method and the volume average theory of the porous structure, and further explore the heat dissipation properties of porous structures.(B) the validity of the basic theory is verified;(C) the thermal element analysis is carried out. The shape improvement parameters of SC structure, FCC structure, FCCSC structure, BCC structure and BCCSC structure are determined, and the heat dissipation of all structures is likely to increase. The shape of the BCCSC structure is improved. The pressure loss is considered. The thermal efficiency index is high. In the process of manufacturing a heat release device in 2002, the transmittance of the BCCSC structure was noted, and the suitability of the porous structure design method was demonstrated. As a result, the significance of porous structures was demonstrated. In addition, the analysis of heat transfer elements has been carried out, and the heat release performance of porous structures has been obtained. In addition, the comparative flow in structures has been increased in the field of heat transfer and temperature matching. The results of this research are presented in 3 papers by the National Academy of Sciences, and 1 paper is awarded to excellent speakers.

项目成果

3 次元周期構造体における伝熱促進を目的とした形状改善

旨在促进三维周期结构中传热的形状改进

• 发表时间: 2022
• 作者: 森本 涼太;村松 祐志;笠原水城，佐野 吉彦;桑原 不二朗
• 通讯作者: 桑原 不二朗

伝熱促進を目的とした勾配法による千鳥配列多孔質構造の形状改善

利用梯度法改善交错多孔结构的形状以促进传热

• 发表时间: 2021
• 作者: S. Yamada;T;Tsujita;村松祐志，佐野吉彦，桑原不二朗
• 通讯作者: 村松祐志，佐野吉彦，桑原不二朗

千鳥配列多孔質体の伝熱促進を目的とした形状改善の検討

改善交错多孔材料形状促进传热的研究

• 发表时间: 2021
• 作者: Takahashi Shun;Misaka Takashi;Nara Shotaro;Sugiyama Naoki;Nohara Tetsuo;Kuramoto Yuiki;Kawamoto Yuki;Obara Akira;Osada Rina;Kikuchi Asuka;Ochiai Masayuki;Osumi Kazuo;Ishikawa Naoya;山田俊輔，辻田哲平;藤森拓馬，佐野吉彦，桑原不二朗
• 通讯作者: 藤森拓馬，佐野吉彦，桑原不二朗

伝熱促進を目的とした規則配列多孔質体の形状改善問題

改善规则排列多孔体的形状以促进传热的问题

• 发表时间: 2022
• 作者: 森本涼太，佐野吉彦;桑原不二朗
• 通讯作者: 桑原不二朗

伝熱促進を目的とした3 次元周期構造体の形状改善

改善三维周期性结构的形状以促进传热

• 发表时间: 2022
• 作者: 森本 涼太;村松 祐志;佐野 吉彦;桑原 不二朗
• 通讯作者: 桑原 不二朗