高機能熱電デバイス設計のためのトポロジー最適設計法の構築

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本研究では，微視構造に着目することで，従来に無い材料特性を伴った高機能熱電デバイス設計のための最適設計法の構築を目的としている．本研究は，従来の最適設計法ではほとんど扱われてこなかったサブミクロン，ナノメートルオーダーと呼ばれるような微視構造設計に着目するものであり，微視構造内特有の熱伝導を考慮した最適設計法の構築が本研究課題の最も重要な部分になる．昨年度は主にボルツマン輸送方程式に基づく微視系熱伝導問題を対象とした設計感度の導出方法を構築した．その続きとして，今年度前半には，様々な目的を扱えるような，より一般的な設計感度の導出方法の構築を行い，数値例を通し，提案した手法の妥当性および有効性の検証を行った．その成果の一部について，中国の大連で開かれたACSMO2018にて口頭発表を行った．その後，最適設計法への拡張を行うために，微視系熱伝導を対象とした設計問題の中で最も単純な温度最小化を目的とした構造最適設計法の構築を行った．そして，数値例を通し，本手法の妥当性の検証を行った．本成果については，アメリカのニューヨークで開催された"the 13th WCCM"にて口頭発表を行った．以上，今年度の前半では本課題達成のための基礎となる構造最適設計法の構築を行った．そして，今年度の後半からは実際の熱電デバイスの高性能化を目的とした最適設計法の構築を行った．熱電デバイスの性能向上には，系内における高温部と低温部の温度差を大きくする必要がある．そのため，本研究ではレベルセット法を用いた微視系熱伝導における系内の温度差最小化を目的とした構造最適設計法の構築を行い，本成果を関西大学で開催された「2018年度日本機械学会年次大会」の招待講演にて発表を行った．以上が今年度の研究実績の概要である．