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

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．

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．