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ヒートパイプのモデリング

SINDA/FLUINT に組み込まれているヒートパイプルーチンは, 気相液相に関する平衡モデルを採用しており, これを使用すると, 迅速に解を得ることができます. SINDA/FLUINT は次のようなタイプのヒートパイプモデルを搭載しています.

定コンダクタンスヒートパイプ(非凝縮性ガスが作動流体に混入)の設定画面例を下図に記します.



CCHP の動作期間に渡って生成される NCG の量の見積もりは, 易しい問題ではありません. この量は, ヒートパイプの材料, 製造手法(特に, 洗浄の工程(cleaning procedures)), また, 設置方法(曲げ(bending) や ろう付け(brazing))によって変化します.

以下に, ヒートパイプモデルの実用例を示します. 5 つの発熱部品を持つ 8cm x 12cm の PCB (プリント基板: Pirnted Circuit Board)の冷却を考えます. その 5 部品の発熱量は, それぞれ 5 W とし, 排熱は, 自然対流による環境(着目している機材の筐体内部の空気)への熱伝達のみとします. 自然対流によって放熱する壁面の面積を増やすために, プリント基板から 8cm 離れたアルミニウム筐体壁(8cm x 15cm x 1.27 mm)も利用します.

ファンを導入せずにこの冷却問題を解決するために, 直径 1cm の 銅-水 ヒートパイプを, プリント基板と筐体壁の間に設置します. 発熱部品の列の裏側にヒートパイプを配置し, 90 度の曲げを二箇所つくって, 両プレートとの接触長さが最大になるようします. パイプの全長は 36cm になります.

NCG の生成量と, ヒートパイプの熱輸送量への影響を調べるために行ったパラメトリックスタディの結果を下に示します(ヒートパイプ自体は点線で示す箇所に配置されています).





左のモデルは, ヒートパイプの作動初期を想定し, NCG = 0 Kg-mol としたときの計算結果(温度分布)です. 右は, ヒートパイプの寿命の末期を想定し, NCG = 8.5e-9 kg-mol としたときの結果です.

NCG の量が増えるにつれて, プリント基板の温度はやや高く, 筐体壁の温度はやや低い結果となっているのがわかります. これは, NCG 増加によって液化率が低減し, ヒートパイプから筐体壁への放熱量の低下を模擬した結果となっています.

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