JP2006177870A - Apparatus and method for analyzing heat of heat exchanger, and program for making computer execute the method - Google Patents
Apparatus and method for analyzing heat of heat exchanger, and program for making computer execute the method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006177870A JP2006177870A JP2004373218A JP2004373218A JP2006177870A JP 2006177870 A JP2006177870 A JP 2006177870A JP 2004373218 A JP2004373218 A JP 2004373218A JP 2004373218 A JP2004373218 A JP 2004373218A JP 2006177870 A JP2006177870 A JP 2006177870A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- heat exchanger
- cooling medium
- transfer coefficient
- temperature distribution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、熱交換器の熱設計時に有効な温度パラメータ等を演算する熱交換器の熱解析装置、熱交換器の熱解析方法及びその方法をコンピュータに実行させるプログラムに関するものである。 The present invention relates to a heat analysis apparatus for a heat exchanger that calculates effective temperature parameters and the like at the time of heat design of the heat exchanger, a heat analysis method for the heat exchanger, and a program that causes a computer to execute the method.
ヒートシンクやヒートパイプなどの熱交換器の事業においては、製品そのものの品質や価格だけでなく、熱設計の能力が受注に関して重要な位置を占めていると考えられる。すなわち、熱交換器の設計をする際には、材料、形状及び大きさを決定するとともに、その放熱能力を試算する必要がある。熱交換器の放熱能力については、通常、コンピュータ上で熱解析シミュレーションを行うことにより知得される。また、ユーザ側にとっても、所望の形状や大きさの熱交換器について、その放熱特性等の仕様を即座に確認し、性能を比較できることが望ましい。 In the business of heat exchangers such as heat sinks and heat pipes, it is considered that not only the quality and price of the product itself, but also the ability of thermal design occupies an important position regarding orders. That is, when designing a heat exchanger, it is necessary to determine the material, shape and size, and to estimate the heat dissipation capability. The heat dissipation capability of the heat exchanger is usually obtained by performing a thermal analysis simulation on a computer. It is also desirable for the user side to be able to immediately confirm the specifications such as the heat dissipation characteristics of the heat exchanger having a desired shape and size and compare the performance.
熱解析シミュレーションは、差分法や有限要素法等の解析法を熱伝導問題に適用することで実現され、例えば、有限要素法を適用した例では、解析対象物を複数の三角形要素に分割し、各要素内で熱伝導方程式が最も良く満足されるように温度を定める。よって、熱解析シミュレーションを実現するソフトウェアでは、精度に関連する膨大な数の熱伝導方程式(微分方程式)を連立してその解を求めることが要求される。 Thermal analysis simulation is realized by applying an analysis method such as a difference method or a finite element method to a heat conduction problem.For example, in an example in which the finite element method is applied, an analysis target is divided into a plurality of triangular elements, The temperature is determined so that the heat equation is best satisfied within each element. Therefore, software that realizes a thermal analysis simulation is required to obtain a solution of a large number of heat conduction equations (differential equations) related to accuracy.
従来において用いられている熱解析シミュレーションソフトウェアの多くは、プリプロセッサ、ソルバー、ポストプロセッサと呼ばれる3つのプログラムで構成されている。プリプロセッサとは、熱解析対象となるヒートシンクをモデル化するプログラムであり、ヒートシンクのサイズや材料に関する情報、発熱体に関する情報、熱の抜ける条件等の入力に応じて、ソルバーに入力可能な形式のデータセットを出力する。 Most of the thermal analysis simulation software used in the past is composed of three programs called a preprocessor, a solver, and a postprocessor. A preprocessor is a program that models a heat sink that is subject to thermal analysis. Data in a format that can be input to the solver in response to input such as information about the size and material of the heat sink, information about the heating element, and conditions for heat removal Output the set.
ソルバーとは、プリプロセッサから出力されたデータセットを読み込んで、上記した多数の熱伝導方程式の連立解を算出するプログラムである。ポストプロセッサとは、単なる数値の羅列にすぎないソルバーの演算結果を、温度表や温度分布図等で視覚的に表示するプログラムである。 The solver is a program that reads a data set output from a preprocessor and calculates simultaneous solutions of a large number of the above-described heat conduction equations. The post-processor is a program that visually displays a solver calculation result, which is merely an enumeration of numerical values, using a temperature table, a temperature distribution chart, or the like.
なお、このような熱解析シミュレーションソフトウェアは、その実行プログラムサイズが大きいばかりでなく。数千個の連立微分方程式の解を求める必要があることから、通常は、高速なプロセッサを搭載した比較的高価なコンピュータ上で実行されている。 Such thermal analysis simulation software is not only large in its execution program size. Since it is necessary to obtain solutions of thousands of simultaneous differential equations, it is usually executed on a relatively expensive computer equipped with a high-speed processor.
これに対し、従来よりも比較的短時間で熱解析を行うことができるシミュレーションソフトウェア用のプログラムが開発されるようになってきている。ヒートシンク等の熱交換器の分野では、例えば特許文献1に示すような熱解析プログラムが挙げられる。
しかしながら、上述したような従来の熱解析シミュレーションソフトウェアは、
1)操作に習熟が必要である。
2)操作が煩雑である。
3)計算時間がかかる。
4)機材、計算時間の関係上、会議の席上で対応しにくい。
5)ヒートシンクの二次元的な温度分布(特に、ヒートシンクを冷却するファンの風上・風下方向における温度分布を考慮したもの)を簡便に算出・表示できるものがない。
などの問題があった。
However, the conventional thermal analysis simulation software as described above is
1) Skill is necessary for operation.
2) Operation is complicated.
3) Calculation time is required.
4) Due to equipment and calculation time, it is difficult to respond at the conference table.
5) There is nothing that can easily calculate and display the two-dimensional temperature distribution of the heat sink (especially, considering the temperature distribution in the windward and leeward direction of the fan that cools the heat sink).
There were problems such as.
以上の問題があるため、熱交換器の開発及び販売を行う事業において、以下の不都合が生じていた。
1)営業担当者が顧客先にて熱交換器の仕様変更の要望を受けた際に、その仕様変更後の冷却効果を提示するためには、上記した熱解析シミュレーションソフトウェアを用いて再度熱解析を行わなければならず、より速い回答が求められていた。
2)熱解析シミュレーションに時間がかかりすぎて、設計に多大な時間を要していた。
Due to the above problems, the following inconvenience has occurred in the business of developing and selling heat exchangers.
1) When the sales representative receives a request to change the specifications of the heat exchanger at the customer's site, in order to present the cooling effect after changing the specifications, the thermal analysis is performed again using the thermal analysis simulation software described above. And a faster answer was sought.
2) The thermal analysis simulation took too much time, and the design took a lot of time.
また、熱交換器を冷却するファンの風上・風下方向で温度差がつき、特に風下方向では温度が高くなる傾向があって、その部分に設置された発熱素子が許容温度を超えると素子に悪影響があることから、特に、ファンの風上・風下方向の温度差の把握は実使用の上で重要である。 In addition, there is a temperature difference in the windward and leeward direction of the fan that cools the heat exchanger, and in particular the temperature tends to increase in the leeward direction. Since there is an adverse effect, it is particularly important to understand the temperature difference between the windward and leeward direction of the fan in actual use.
この風上・風下方向の温度差を低い値に保つように熱設計することにより、風下の位置における熱交換器と冷却媒体の温度差を大きくとることができ、結果的に熱交換器の性能を高めることができる。したがって、風上・風下方向の温度差を簡便に求められることは、熱交換器の設計上きわめて有効である。 By designing the heat so that the temperature difference between the windward and leeward directions is kept at a low value, the temperature difference between the heat exchanger and the cooling medium at the leeward position can be increased, resulting in the performance of the heat exchanger. Can be increased. Therefore, it is extremely effective in designing the heat exchanger that the temperature difference between the windward and leeward directions can be easily obtained.
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、固体内伝熱及び冷却媒体の挙動をモデル化して数学的に解くことにより、計算量を減少させて演算を高速化させた熱交換器の熱解析装置、熱交換器の熱解析方法及びその方法をコンピュータに実行させるプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and it is a heat exchanger that reduces the amount of calculation and speeds up the operation by modeling and mathematically solving the behavior of the heat transfer in the solid and the cooling medium. It is an object of the present invention to provide a thermal analysis device, a heat analysis method for a heat exchanger, and a program for causing a computer to execute the method.
上記目的を達成するために、本発明の熱交換器の熱解析装置は、熱交換器の所定面方向についての温度分布を演算する熱解析装置において、
前記熱解析装置は、前記熱交換器の前記所定面に平行な一方向に流れる冷却媒体の方向Xについての熱交換器の一次元的な温度分布T(X)を求める風上・風下温度分布演算手段を含み、前記風上・風下温度分布演算手段は、前記熱交換器表面と冷却媒体からなる系の熱伝達率を用いてT(X)を導出する演算を含むものであることを特徴とする熱交換器の熱解析装置である。
In order to achieve the above object, a heat analysis apparatus for a heat exchanger according to the present invention is a heat analysis apparatus that calculates a temperature distribution in a predetermined plane direction of a heat exchanger.
The thermal analysis device is used to determine the one-dimensional temperature distribution T (X) of the heat exchanger for the direction X of the cooling medium flowing in one direction parallel to the predetermined surface of the heat exchanger. The upwind / downwind temperature distribution calculation means includes a calculation means for calculating T (X) using a heat transfer coefficient of a system composed of the heat exchanger surface and a cooling medium. It is a heat analysis device of a heat exchanger.
前記T(X)を導出する演算は、前記所定面を複数の領域に分割し、各領域においてT(X)をそれぞれ所定の解析式で近似したモデルに基づいて行われることとすると特に好ましい。 The calculation for deriving T (X) is particularly preferably performed based on a model obtained by dividing the predetermined plane into a plurality of regions and approximating T (X) with a predetermined analytical expression in each region.
前記複数の領域数は2であり、かつ、前記所定の解析式は、
冷却媒体が前記熱交換器に流入する位置をX=-X1、冷却媒体が熱交換器から流出する位置をX=+X1として、
区間-X1≦X≦0においては T=p(X+X1)2+q-pX1 2 式(1)
区間0≦X≦+X1においては T=p(X-X1)2+q+pX1 2 式(2)
(但し、p、qは、熱交換器表面と冷却媒体からなる系の熱伝達率、発熱体からの発熱量、熱交換器の放熱面積及び熱交換器の前記面方向における断面積によって決まる係数である。)で表されるものとすると更に好ましい。
The number of the plurality of regions is 2, and the predetermined analytical expression is:
The position where the cooling medium flows into the heat exchanger is X = −X 1 , the position where the cooling medium flows out of the heat exchanger is X = + X 1 ,
In interval -X1 ≦ X ≦ 0, T = p (X + X 1 ) 2 + q-pX 1 2 (1)
In the
(However, p and q are coefficients determined by the heat transfer coefficient of the system consisting of the heat exchanger surface and the cooling medium, the amount of heat generated from the heating element, the heat dissipation area of the heat exchanger, and the cross-sectional area in the surface direction of the heat exchanger. It is more preferable that it is represented by.
本発明は、広く熱交換器一般に使用することができるが、特に、発熱体に接触するベースに複数の放熱フィンが取り付けられてなるヒートシンクの熱解析に適している。 The present invention can be widely used for general heat exchangers, but is particularly suitable for thermal analysis of a heat sink in which a plurality of radiating fins are attached to a base that contacts a heating element.
本発明を上記のようにヒートシンクの熱解析に用いる場合は、放熱フィン部分の熱伝達率をベース部分の熱伝達率に含めることでモデル化されるベース部分のみの熱交換器の熱伝達率を算出する熱伝達率算出手段と、
前記ベース部分の主面の面積と同じ面積を有する第1の円形状と、前記発熱体の接触面積と同じ面積を有する第2の円形状と、を導出し、前記熱交換器を、前記第1の円形状と前記第2の円形状とを同心円として配置した形状にモデル化するモデル化手段と、
前記モデル化手段によってモデル化されたヒートシンクの温度分布を演算する温度演算手段と、
を備えたものとすると好ましい。
When the present invention is used for the heat analysis of the heat sink as described above, the heat transfer coefficient of the heat exchanger of the base part only modeled by including the heat transfer coefficient of the heat radiating fin part in the heat transfer coefficient of the base part. A heat transfer coefficient calculating means for calculating;
A first circular shape having the same area as the main surface area of the base portion and a second circular shape having the same area as the contact area of the heating element are derived, and the heat exchanger is Modeling means for modeling one circular shape and the second circular shape into a shape arranged as concentric circles;
Temperature calculating means for calculating the temperature distribution of the heat sink modeled by the modeling means;
Is preferably provided.
本発明に係る熱交換器の熱解析装置及び熱交換器の熱解析方法によれば、ヒートシンク等の熱交換器の二次元的な温度分布(特に、ヒートシンクを冷却するファンの風上・風下方向における温度分布を考慮したもの)を簡便に算出・表示することができ、熱交換器の設計が容易になるという効果を奏する。 According to the heat analysis apparatus and the heat analysis method of the heat exchanger according to the present invention, the two-dimensional temperature distribution of the heat exchanger such as a heat sink (particularly, the windward / downward direction of the fan that cools the heat sink) Can be easily calculated and displayed, and the design of the heat exchanger is facilitated.
以下に、本発明に係る熱交換器の熱解析装置、熱交換器の熱解析方法及びその方法をコンピュータに実行させるプログラムについて詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。 Below, the thermal analysis apparatus of the heat exchanger which concerns on this invention, the thermal analysis method of a heat exchanger, and the program which makes a computer perform the method are demonstrated in detail. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
[実施形態1] まず、実施形態1に係る熱交換器の熱解析装置及び熱解析方法について説明する。本発明の熱解析方法は、熱交換器の所定面の温度分布を求めるものであり、その最も簡単なケースは平板上の放熱プレートにおける表面を前記所定面とするものであある。実施形態1に係る熱交換器の熱解析装置は、平板状の放熱プレートの中央に発熱体が配置され、放熱プレートの長手方向の一端側に冷却用ファンが配置され、他端に向かって冷却媒体が流れている場合の放熱プレートの温度分布を、風上・風下の温度差を考慮して、複雑な演算を行うことなく導出できることを特徴としている。
図1は、実施形態1に係る熱交換器の熱解析装置の概略構成を示すブロック図である。図1に示す熱交換器の熱解析装置は、入力部11、温度分布算出部18及び表示部17を備え、入力部11と温度分布算出部18との間に風上・風下温度差演算処理部12及び風上・風下温度差を考慮しない温度演算処理部13とを並列に備えて構成される。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a heat analysis apparatus for a heat exchanger according to the first embodiment. The heat analysis apparatus for a heat exchanger shown in FIG. 1 includes an input unit 11, a temperature distribution calculation unit 18, and a display unit 17, and an upwind / downwind temperature difference calculation process between the input unit 11 and the temperature distribution calculation unit 18. A unit 12 and a temperature
入力部11は、熱解析に必要な種々の入力パラメータの入力と実行指示等を行うための手段であり、キーボードその他のポインティングデバイスである。特にここでは、入力部11によって、放熱プレートの冷却対象となる発熱体に関する発熱データ21と、放熱プレートに関するプレートデータ22と、放熱プレートの一端側に取り付けられたファン等に関する環境データ24が入力される。
The input unit 11 is a means for inputting various input parameters necessary for thermal analysis, executing instructions, and the like, and is a keyboard or other pointing device. In particular, here, the input unit 11 inputs
風上・風下温度差演算処理部12は、風上・風下を考慮した熱伝達率算出部23及び風上・風下温度演算部26を備えている。 The upwind / downwind temperature difference calculation processing unit 12 includes a heat transfer coefficient calculation unit 23 and an upwind / downwind temperature calculation unit 26 in consideration of the upwind / downwind.
風上・風下を考慮した熱伝達率算出部23は、少なくとも上記したプレートデータ22及び環境データ24を用いてプレート表面と冷却媒体からなる系の熱伝達率を算出する手段である。風上・風下温度演算部26は、風上・風下を考慮した熱伝達率算出部23で算出された熱伝達率と、上記した発熱体データ21、プレートデータ22及び環境データ23と、あらかじめ記憶させた演算式とを用いて、放熱プレートの風上・風下の温度差を演算する手段である。
The heat transfer coefficient calculation unit 23 taking into consideration the windward and leeward is means for calculating the heat transfer coefficient of the system composed of the plate surface and the cooling medium using at least the plate data 22 and the environment data 24 described above. The windward / leeward temperature calculation unit 26 stores in advance the heat transfer coefficient calculated by the heat transfer coefficient calculation unit 23 in consideration of the windward / downwind, the
後述するように、本発明の風上・風下の温度差の計算方法は、わずか数個の解析的な演算式に基づいて行われるため、従来の計算方法に比べて格段に速く結果が得られる。 As will be described later, the method for calculating the temperature difference between the windward and leeward according to the present invention is performed based on only a few analytical arithmetic expressions, so that the result can be obtained much faster than the conventional calculation method. .
風上・風下温度差を考慮しない温度演算処理部13は、従来の温度演算手段を用いることができ、本実施形態1では特に限定しないが、後述する実施形態2において、特に好ましい温度演算手段については後述する。
The temperature
温度分布算出部18は、風上・風下温度差演算処理部12及び風上・風下温度差を考慮しない温度演算処理部13のそれぞれから出力された温度データを加算することにより、放熱プレートの温度分布を算出する手段である。
The temperature distribution calculation unit 18 adds the temperature data output from the upwind / downwind temperature difference calculation processing unit 12 and the temperature
表示部17は、温度分布算出部18で算出されたデータを表形式やグラフで表示する手段であり、CRTディスプレイやLCDなどである。 The display unit 17 is means for displaying the data calculated by the temperature distribution calculation unit 18 in a tabular form or a graph, and is a CRT display, LCD, or the like.
以下に、この熱交換器の熱解析装置の動作のうち、風上・風下温度演算手段に係る部分、すなわち風上・風下温度分布の計算方法について説明する。 In the following, of the operation of the heat analysis apparatus of the heat exchanger, a part related to the windward / leeward temperature calculation means, that is, a method for calculating the windward / leeward temperature distribution will be described.
まず、オペレータは、解析対象となる放熱プレートについてのデータを入力する。この放熱プレートについてのデータのうち、風上・風下温度分布の計算に係るデータは、放熱プレートの長さM、放熱面積Se、風上・風下方向に垂直に切った断面積S'及び熱伝導率kである。これら放熱プレートに関するデータは、上記したプレートデータ22として記憶される。 First, the operator inputs data on the heat radiating plate to be analyzed. Of the data for the radiating plate, the data relating to the calculation of the windward-leeward temperature distribution, the length of the radiating plate M, the heat radiating area S e, the cross-sectional area S 'and thermal cut in perpendicular to the windward-leeward direction Conductivity k. Data regarding these heat radiation plates is stored as the plate data 22 described above.
また、オペレータは、放熱プレートが取り付けられる発熱体についてのデータを入力する。この発熱体についてのデータのうち、風上・風下温度分布の計算に係るデータは、発熱体の発熱量Qであり、上記した発熱体データ21として記憶される。
Further, the operator inputs data on the heating element to which the heat radiating plate is attached. Of the data on the heating element, the data relating to the calculation of the windward and leeward temperature distribution is the heating value Q of the heating element and is stored as the
さらに、オペレータは、環境に係るデータを入力する。環境に係るデータのうち、風上・風下温度分布の計算に係るデータは、放熱プレートの一端側に取り付けられたファンによってもたらされる冷却媒体の風速V、及び放熱プレート表面における冷却媒体の層流/乱流の別である。これらは、前記した環境データ24として記憶される。なお、層流/乱流の別は、オペレータが適宜選択するものとする。 Further, the operator inputs data related to the environment. Among the data related to the environment, the data related to the calculation of the windward and leeward temperature distribution includes the wind speed V of the cooling medium provided by the fan attached to one end of the heat radiating plate, and the laminar flow / Another of turbulence. These are stored as the environmental data 24 described above. Note that whether the laminar flow / turbulent flow is selected by the operator as appropriate.
以上のデータ入力が完了すると、熱解析処理が開始される。熱解析処理の結果、放熱プレートの冷却媒体方向の位置Xにおける温度T(X)が算出される。T(X)は相対的な温度であり、このT(X)に風上・風下温度差を考慮しない温度分布を足し合わせたものが、熱交換器の所定面の温度分布として図1に示した表示部17に表示される。T(X)は、表形式で表示させてもよいし、図3のようにグラフで表示させてもよい。 When the above data input is completed, the thermal analysis process is started. As a result of the thermal analysis process, a temperature T (X) at a position X in the cooling medium direction of the heat radiating plate is calculated. T (X) is a relative temperature, and this T (X) plus the temperature distribution that does not take into account the difference between the windward and leeward temperatures is shown in Fig. 1 as the temperature distribution on the predetermined surface of the heat exchanger. Displayed on the display unit 17. T (X) may be displayed in a table format or may be displayed in a graph as shown in FIG.
次に、本発明における熱解析処理の特徴について説明する。 Next, features of the thermal analysis process in the present invention will be described.
〔本発明における熱解析処理の特徴〕本発明者は、図2に示すように、長さMの放熱プレートを中心(位置座標X=0)を境として風上側(領域1)と風下側(領域2)の二つの領域に分け、各領域の温度分布を以下の二次式で近似できることを見出した。次式において、T1(X)は風上側領域、T2(X)は風下側領域の位置Xにおける温度である。なお、X1は中心(X=0)から放熱プレート端部までの距離(すなわち風上及び風下までの距離)である(X1=1/2×M)。 [Characteristics of Thermal Analysis Processing in the Present Invention] As shown in FIG. 2, the present inventor has shown that the leeward side (area 1) and the leeward side ( It was found that the temperature distribution in each region can be approximated by the following quadratic expression by dividing the region into two regions. In the following equation, T 1 (X) is the temperature at the position X in the leeward region, and T 2 (X) is the temperature at the position X in the leeward region. X 1 is the distance from the center (X = 0) to the end of the heat radiating plate (that is, the distance from the windward and leeward) (X 1 = 1/2 × M).
T1(X)=p(X+X1)2+q-pX1 2 式(1−1)
T2(X)=-p(X-X1)2+q+pX1 2 式(1−2)
放熱プレートの温度分布が上記のように近似が可能な理由は、有限要素法等を用いた精密なシミュレーションを利用して検討した結果、放熱プレートの中央付近では温度分布の傾きが最大、すなわち熱流束が最も高く、放熱プレートの端部では温度分布の傾きがほぼ0、すなわち殆ど断熱状態になっているという知見を得たためである。
T 1 (X) = p (X + X 1 ) 2 + q-pX 1 2 Formula (1-1)
T 2 (X) =-p (XX 1 ) 2 + q + pX 1 2 Formula (1-2)
The reason why the temperature distribution of the heat dissipation plate can be approximated as described above is that the gradient of the temperature distribution is the maximum near the center of the heat dissipation plate, that is, the heat flow, as a result of examination using a precise simulation using the finite element method etc. This is because the bundle is the highest and the gradient of the temperature distribution at the end of the heat radiating plate is almost 0, that is, the heat insulation state is almost obtained.
式(1−1)(1−2)中の係数p、qは、上記領域1及び2の放熱プレートと冷却媒体からなる系の熱伝達率a1及びa2、発熱体の発熱量Q、放熱プレートの熱伝導率k、放熱プレートの断面積S'、を用いて表すことができる。このp、qの求め方について次に示す。
The coefficients p and q in the equations (1-1) and (1-2) are the heat transfer coefficients a 1 and a 2 of the system composed of the heat radiating plate and the cooling medium in the
まず、放熱プレートと冷却媒体からなる系の熱伝達率a1及びa2は、以下のように求められる。a1(層流)は放熱プレート表面における冷却媒体が層流であると仮定した場合の熱伝達率である。なお、Vは冷却媒体の風速である。 First, the heat transfer coefficients a 1 and a 2 of a system composed of a heat radiating plate and a cooling medium are obtained as follows. a 1 (laminar flow) is a heat transfer coefficient when it is assumed that the cooling medium on the surface of the heat dissipation plate is laminar. V is the wind speed of the cooling medium.
a1(層流)={∫0 M/2 1.93√(V/X)dx}/(M/2) 式(2−1)
a2(層流)={∫M/2 M 1.93√(V/X)dx}/(M/2) 式(2−2)
また、一般に、の物体表面の流れが乱流の場合の熱伝達率a(乱流)は、一般に次式で表される。但しmは物体の長さである。
a 1 (laminar flow) = {∫ 0 M / 2 1.93√ (V / X) dx} / (M / 2) Equation (2-1)
a 2 (laminar flow) = {∫ M / 2 M 1.93√ (V / X) dx} / (M / 2) Equation (2-2)
In general, the heat transfer coefficient a (turbulent flow) when the flow of the object surface is turbulent is generally expressed by the following equation. Where m is the length of the object.
a(乱流)=0.037×Pr2/3Re4/5λ/m 式(3)
但し、Prは空気のプランドル数、Reはレイノルズ数、λは空気の熱伝導率である。
a (turbulent flow) = 0.037 × Pr 2/3 Re 4/5 λ / m (3)
Where Pr is the Prandle number of air, Re is the Reynolds number, and λ is the thermal conductivity of the air.
放熱プレート表面における冷却媒体が乱流であると仮定した場合の領域1及び2についての放熱プレートと冷却媒体からなる系の熱伝達率a1(乱流)及びa2(乱流)は、式(3)より、以下のようになる。
The heat transfer coefficients a 1 (turbulent flow) and a 2 (turbulent flow) of the system composed of the heat radiating plate and the cooling medium for
a1(乱流)=0.037×Pr2/3(M/2×V/μ)4/5λ/(M/2)
=0.037×Pr2/3(V/μ)4/5(M/2) 4/5λ/(M/2)
=0.037×Pr2/3(V/μ)4/5λ×(2)1/5×M-1/5
a2(乱流)=0.037×Pr2/3(V/μ)4/5λ×(2-21/5)×M-1/5
ここで、μは空気の動粘性係数である。なお、自然空冷(ファンなどの動力を用いずに、冷却媒体の浮力だけで媒体の移動を行なう方式)の場合には、冷却媒体の浮力はgQ/TCpと計算され、これが冷却媒体の圧力(圧力損失ΔPと動圧ρV2/(2g)の和)に通風部分(冷却媒体の流れる部分)の断面積を乗じたものとバランスすることから風速Vを決定でき、放熱プレートと冷却媒体からなる系の熱伝達率を算出することができる。ここで、Cpは定圧比熱、ρは空気の密度、gは重力加速度である。
a 1 (turbulent flow) = 0.037 × Pr 2/3 (M / 2 × V / μ) 4/5 λ / (M / 2)
= 0.037 × Pr 2/3 (V / μ) 4/5 (M / 2) 4/5 λ / (M / 2)
= 0.037 × Pr 2/3 (V / μ) 4/5 λ × (2) 1/5 × M -1/5
a 2 (turbulent flow) = 0.037 × Pr 2/3 (V / μ) 4/5 λ × (2-2 1/5 ) × M -1/5
Here, μ is the kinematic viscosity coefficient of air. Note that in the case of natural air cooling (a method in which the medium is moved only by the buoyancy of the cooling medium without using power such as a fan), the buoyancy of the cooling medium is calculated as gQ / TCp, which is the pressure of the cooling medium ( The air velocity V can be determined from the balance of the pressure loss ΔP and the dynamic pressure ρV 2 / (2g)) multiplied by the cross-sectional area of the ventilation part (the part through which the cooling medium flows). The heat transfer coefficient of the system can be calculated. Here, Cp is constant pressure specific heat, ρ is air density, and g is gravitational acceleration.
式(1−1)(1−2)より、領域1及び2における平均温度Tav,1及びTav,2は以下のようになる。
From the equations (1-1) and (1-2), the average temperatures T av, 1 and T av, 2 in the
Tav,1=q-(2/3)pX1 2 式(4)
Tav,2=q+(2/3)pX1 2 式(5)
ここで、熱のやり取りに関して、図4(a)(b)に示した回路網法の考え方を用いる。図4(a)は、回路網法のモデルである。図4(a)において、30は空気、31は放熱プレート、31−(1)は放熱プレート31における領域1、31−(2)は領域2を示す。領域1、領域2のそれぞれから熱が空気30へ逃げるが、このとき熱抵抗を介して逃げることが示されている。図4(b)は、図4(a)に示した回路網法の詳細モデルである。領域1と領域2はそれぞれ点31−(1)と点31−(2)で示され、両者は熱抵抗Rを介して接続されている。領域2から領域1へ移動する熱量はQ1で表される。また、領域1、領域2から空気へ熱が逃げる際の熱抵抗は、それぞれRh1、Rh2で表される。
T av, 1 = q- (2/3) pX 1 2 formula (4)
T av, 2 = q + (2/3) pX 1 2 formula (5)
Here, the concept of the network method shown in FIGS. 4A and 4B is used for heat exchange. FIG. 4A is a model of the network method. In FIG. 4A, 30 is air, 31 is a heat radiating plate, 31- (1) is
この回路網法の考え方を利用すると、以下の方程式が成り立つ。なお、Seは放熱プレートの放熱面積である。 Using this idea of the network method, the following equation holds. Note that Se is a heat radiation area of the heat radiation plate.
a1SeTav,1=Q/2+Q1 式(6)
a2SeTav,2=Q/2-Q1 式(7)
ここで、固体内の熱伝導の釣合いより、下記の関係が成り立つ。
a 1 S e T av, 1 = Q / 2 + Q 1 formula (6)
a 2 S e T av, 2 = Q / 2-Q Formula 1 (7)
Here, the following relationship is established from the balance of heat conduction in the solid.
Q1=kS'{p(X+X1)2}'X=0
=2pX1kS' 式(8)
従って、式(8)を式(6)及び式(7)に代入して連立方程式として解くことにより、放熱プレートの温度分布を表す式(1−1)(1−2)における係数p、qを求めることができる。
Q 1 = kS '{p (X + X 1 ) 2}' X = 0
= 2pX 1 kS 'Equation (8)
Therefore, by substituting Equation (8) into Equation (6) and Equation (7) and solving as simultaneous equations, coefficients p and q in Equations (1-1) and (1-2) representing the temperature distribution of the heat radiating plate are obtained. Can be requested.
p=3(a1-a2)Q/{4X1(3a1kS'+3a2kS'+2a1a2SeX1)} 式(9)
q={6kS'+(a1+a2)SeX1}Q/{2Se(3a1kS'+3a2kS'+2a1a2SeX1)} 式(10)
以上が、本発明における熱解析処理の特徴についての説明である。
p = 3 (a 1 -a 2 ) Q / {4X 1 (
q = {6kS '+ (a 1 + a 2 ) S e X 1 } Q / {2S e (3a 1 kS' + 3a 2 kS '+ 2a 1 a 2 S e X 1 )} Equation (10)
The above is the description of the characteristics of the thermal analysis processing in the present invention.
さらに、本発明の特徴として、上に説明したような熱解析処理が行われた後、グラフを表示させたり、それをコンター図(温度分布図)に盛り込んだものを表示させたりすることができる。また、式(8)を用いて、領域2から領域1へ移動する熱量Q1を算出することができる。
Further, as a feature of the present invention, after the thermal analysis processing as described above is performed, a graph can be displayed, or a graph in which the graph is incorporated in a contour diagram (temperature distribution diagram) can be displayed. . Further, the amount of heat Q1 moving from the
なお、この実施形態1では、熱交換器として放熱プレートを取り扱ったが、本発明の熱解析装置や熱解析方法は、広く一般の種類の熱交換器に適用できるものである。たとえば、ベース部分に多数のフィンを設けたヒートシンクなどについても適用できる。この場合、ベース部分を上に説明したモデルの放熱プレートとして取り扱うことになる。また、この場合、上記モデル中の放熱プレートの断面積S'としては、フィンを含めたヒートシンクの断面積の値を用いる。また、他にもラジエータのフィンなどについても適用することができる。 In the first embodiment, the heat radiating plate is handled as the heat exchanger. However, the thermal analysis device and the thermal analysis method of the present invention can be widely applied to general types of heat exchangers. For example, the present invention can be applied to a heat sink having a large number of fins in the base portion. In this case, the base portion is handled as the heat dissipation plate of the model described above. In this case, the value of the cross-sectional area of the heat sink including the fins is used as the cross-sectional area S ′ of the heat radiating plate in the model. In addition, the present invention can also be applied to radiator fins.
また、本実施形態1では、冷却媒体が空気(ファンから送られる風)である場合について示したが、冷却媒体が水などの液体である場合についても適用可能であり、同様の効果が得られるものである。 In the first embodiment, the case where the cooling medium is air (wind sent from a fan) has been described. However, the present invention can be applied to the case where the cooling medium is a liquid such as water, and the same effect can be obtained. Is.
また、この実施形態1では、放熱プレートを二つの領域に分割し、各領域の温度分布を式(1)(2)のような二次式で近似する取り扱いを行ったが、分割数は3以上としてもよい。その場合、温度分布は他の適切な関数で近似するものとする。 In the first embodiment, the heat radiating plate is divided into two regions, and the temperature distribution in each region is approximated by a quadratic expression such as equations (1) and (2). However, the number of divisions is 3 It is good also as above. In that case, the temperature distribution is approximated by another appropriate function.
[実施形態2]実施形態1では、風上・風下温度差を考慮しない温度演算処理部13の温度演算処理方法については特に規定しなかったが、本実施形態2では、熱交換器がベース面上に複数の放熱フィンを備えてなるヒートシンクである場合に、この風上・風下温度差を考慮しない温度演算処理部13に、特に好ましい方法を適用した実施形態を説明する。
[Embodiment 2] In
実施形態2に係る熱交換器の熱解析方法は、ヒートシンクのベース面中央上に発熱体が配置されている際のヒートシンクの温度分布を、冷却用ファンの風上・風下方向における温度分布を考慮して、複雑な演算を行うことなく、正確に導出することができることを特徴としている。 In the heat analysis method of the heat exchanger according to the second embodiment, the temperature distribution of the heat sink when the heating element is disposed on the center of the base surface of the heat sink is considered in consideration of the temperature distribution in the windward and leeward direction of the cooling fan. And it is characterized by being able to derive | lead-out correctly, without performing a complicated calculation.
図5は、実施形態2に係る熱交換器の熱解析装置の概略を示すブロック図である。図5に示す熱交換器の熱解析装置は、入力部11、風上・風下温度差を考慮した熱伝達率算出部23、風上・風下温度差を考慮しない熱伝達率算出部12、面積換算部13、風上・風下温度演算部26、風上・風下温度差を考慮しない温度演算部14、フィン情報処理部15、ファン情報処理部16、温度分布算出部18、表示部17及び演算式記憶部25を備えて構成される。
FIG. 5 is a block diagram illustrating an outline of a thermal analysis device for a heat exchanger according to the second embodiment. The heat analysis apparatus of the heat exchanger shown in FIG. 5 includes an input unit 11, a heat transfer coefficient calculation unit 23 that takes into account the difference between the windward and leeward temperature,
入力部11は、熱解析に必要な種々の入力パラメータの入力と実行指示等を行うための手段であり、キーボードやその他ポインティングデバイスである。特にここでは、入力部11によって、ヒートシンクの冷却対象となる発熱体に関する発熱体データ21と、ヒートシンクのベースプレートに関するベースデータ22aと、ヒートシンクのフィンに関するフィンデータ22bと、ヒートシンクの一端側に取り付けられる冷却用ファン等に関する環境データ24が入力される。
The input unit 11 is a means for inputting various input parameters necessary for thermal analysis and executing instructions, and is a keyboard or other pointing device. In particular, here, the input unit 11 causes the
風上・風下を考慮した熱伝達率算出部23及び風上・風下温度演算部26は、実施形態1で説明したものと同様である。 The heat transfer coefficient calculation unit 23 and the upwind / downwind temperature calculation unit 26 in consideration of the upwind and downwind are the same as those described in the first embodiment.
風上・風下温度差を考慮しない熱伝達率算出部12は、少なくとも上記した発熱体データ21、ベースデータ22aおよびフィンデータ22bと所定の熱伝達率導出式を用いて、フィン表面の熱伝達率や後述するモデル化によって換算される熱伝達率を算出する手段である。面積換算部13は、ベースの主面(発熱体が接触する面)および側面の面積と発熱体の主面(ベースに接触する面)の面積とをそれぞれ保持した状態の円柱を導出する手段である。換言すれば、ベースを同表面積の円柱に置換する手段である。
The heat transfer coefficient calculation unit 12 that does not consider the difference between the windward and leeward temperatures uses at least the
風上・風下温度差を考慮しない温度演算部14は、面積換算部13でモデル化された円柱形状のヒートシンクに対して、風上・風下温度差を考慮しない熱伝達率算出部12で算出された熱伝達率と、上記した発熱体データ21、ベースデータ22aおよびフィンデータ22bと、演算式記憶部25にあらかじめ記憶された演算式とを用いて、ヒートシンクの温度分布を演算する手段である。なお、演算式記憶部25には、演算式として、モデル化された円柱形状の発熱体に相当する部分の内側と外側とで成立する熱伝導方程式の最終形態と、熱エネルギー保存則に基づくエネルギーバランス式と、上記した円柱形状の厚さ方向で成立する熱伝導方程式とを記憶している。特に、これら演算式の数(具体的には3つ)は、従来の熱解析シミュレーションソフトウェアにおいて必要とされる数千個の熱伝導微分方程式と比較して極端に少ない。これは、本発明の特徴の一つであり、これにより高速な熱解析を実現している。なお、上記した演算式の詳細については後述する。
The temperature calculation unit 14 that does not consider the difference between the windward and leeward temperatures is calculated by the heat transfer coefficient calculation unit 12 that does not consider the difference between the windward and leeward temperatures for the cylindrical heat sink modeled by the
フィン情報処理部15は、フィンデータ22bに基づいて、フィンピッチ、フィン間隔およびフィン効率等のフィン部分について導出される情報を処理する手段である。また、ファン情報処理部16は、ヒートシンクに一端に取り付ける冷却用ファンによる前面風速等の環境データ24とフィン情報処理部15で算出されたフィン情報とに基づいて、フィン間風速、風量および圧力損失(圧損)等のファンの作用に関する情報を処理する手段である。 The fin information processing unit 15 is a means for processing information derived for the fin portion such as the fin pitch, the fin interval, and the fin efficiency based on the fin data 22b. Further, the fan information processing section 16 is based on the environmental data 24 such as the front wind speed by the cooling fan attached to one end of the heat sink and the fin information calculated by the fin information processing section 15 and the inter-fin air speed, air volume, and pressure loss. It is means for processing information on the action of the fan such as (pressure loss).
温度分布算出部18は、風上・風下温度差演算部26及び風上・風下温度差を考慮しない温度演算部14のそれぞれから出力された温度データを加算することにより、ヒートシンクの温度分布を算出する手段である。 The temperature distribution calculation unit 18 calculates the temperature distribution of the heat sink by adding the temperature data output from the upwind / downwind temperature difference calculation unit 26 and the temperature calculation unit 14 not considering the upwind / downwind temperature difference. It is means to do.
表示部17は、風上・風下温度差を考慮しない温度演算部14、フィン情報処理部15およびファン情報処理部16でそれぞれ算出されたデータを表形式で表示する手段であり、CRTディスプレイやLCDなどである。 The display unit 17 is a means for displaying the data calculated by the temperature calculation unit 14, the fin information processing unit 15 and the fan information processing unit 16 that do not take into account the difference between the windward and leeward temperatures in a tabular format, and is a CRT display or LCD Etc.
なお、図5に示したヒートシンク熱解析装置は、汎用的なコンピュータシステムで代用することもできる。その場合、上記した風上・風下を考慮した熱伝達率算出部23、風上・風下温度差を考慮しない熱伝達率算出部12、面積換算部13、風上・風下温度演算部26、風上・風下温度差を考慮しない温度演算部14、フィン情報処理部15、ファン情報処理部16及び温度分布算出部18の各動作は、コンピュータのCPU上で実行されるコンピュータプログラムによって実現される。また、演算式記憶部25に記憶される演算式と、発熱体データ21、ベースデータ22a、フィンデータ22b及び環境データ24は、コンピュータに搭載された記憶装置に記憶される。
The heat sink thermal analysis apparatus shown in FIG. 5 can be replaced with a general-purpose computer system. In that case, the above-described heat transfer coefficient calculation unit 23 in consideration of upwind / downwind, heat transfer coefficient calculation unit 12 in consideration of upwind / downwind temperature difference,
以下に、このヒートシンク熱解析装置の動作、すなわちヒートシンク熱解析方法について説明する。図6は、ヒートシンク熱解析装置において入出力されるデータの表示例を示す図である。 The operation of the heat sink thermal analysis apparatus, that is, the heat sink thermal analysis method will be described below. FIG. 6 is a diagram illustrating a display example of data input / output in the heat sink thermal analysis apparatus.
まず、オペレータは、図6に示す画面100上の入力項目表102において、解析対象となるヒートシンクのベースについてのデータを入力する。具体的には、図示するように、ベース幅、ベース長さ、ベース厚さ、ベースの熱伝導率、ベースの比重などである。これらベースに関するデータは、上記したベースデータ22aとして記憶される。
First, the operator inputs data on the base of the heat sink to be analyzed in the input item table 102 on the
また、同入力項目表102において、解析対象となるヒートシンクのフィンについてのデータを入力する。具体的には、図示するように、フィン高さ、フィン厚さ、フィンの枚数、フィンの熱伝導率、フィンの比重などである。これらフィンに関するデータは、上記したフィンデータ22bとして記憶される。 Further, in the same input item table 102, data on the fin of the heat sink to be analyzed is input. Specifically, as shown in the figure, the height of the fin, the thickness of the fin, the number of fins, the thermal conductivity of the fin, the specific gravity of the fin, and the like. Data regarding these fins is stored as the fin data 22b described above.
また、同入力項目表102において、ヒートシンクが取り付けられる発熱体についてのデータを入力する。具体的には、図示するように、発熱体の幅、発熱体の長さ、発熱量などである。これら発熱体に関するデータは、上記した発熱体データ21として記憶される。
Further, in the same input item table 102, data on a heating element to which a heat sink is attached is input. Specifically, as shown in the figure, the width of the heating element, the length of the heating element, the amount of heat generation, and the like. Data relating to these heating elements is stored as the
さらに、オペレータは、同入力項目表102において、上記した環境データ24として、ヒートシンクに取り付けられるファンによってもたらされる前面風速や温度基準となる環境温度などのデータを入力する。なお、前面風速とは、フィン間に流れ込む風速を示す。 Further, in the same input item table 102, the operator inputs data such as the front wind speed brought about by the fan attached to the heat sink and the environmental temperature serving as a temperature reference as the environmental data 24 described above. The front wind speed indicates the wind speed flowing between the fins.
また、図6に示す画面100上には、ヒートシンク表示枠101内に、解析対象となるヒートシンクの形状と入力項目との対応付けが表示される。図6では、例として、櫛型フィンを備えたヒートシンクが表示されている。なお、図中、104は、発熱体を示す。このように、解析対象とするヒートシンクの形状を表示することで、入力項目の定義づけが明確となり、入力ミスを防ぐことができるとともに、現在、解析対象となっているヒートシンクの形状イメージを確認することができる。
Further, on the
以上に示した入力項目へのデータ入力が完了すると、熱解析処理が自動的に開始される。 When the data input to the input items shown above is completed, the thermal analysis process is automatically started.
図7は、実施形態2にかかるヒートシンク熱解析装置による熱解析処理を示すフローチャートである。ヒートシンク熱解析装置による熱解析処理は、風上・風下を考慮した熱解析処理(図7における左側の流れ)と、風上・風下温度差を考慮しない熱解析処理(図7における右側の流れ)とが並行して行われる。 FIG. 7 is a flowchart illustrating a thermal analysis process performed by the heat sink thermal analysis apparatus according to the second embodiment. Thermal analysis processing by the heat sink thermal analysis device includes thermal analysis processing considering the windward and leeward (flow on the left side in FIG. 7) and thermal analysis processing not considering the temperature difference between the windward and leeward (flow on the right side in FIG. 7). Are performed in parallel.
風上・風下を考慮した熱解析処理は、実施形態1で説明したものと同様である。すなわち、ベースデータ22a、フィンデータ22b及び環境データ24を用いてプレート表面と冷却媒体からなる系の熱伝達率を算出し(ステップS201)、続いて実施形態1の式(9)(10)によりp、qを計算し、式(1)(2)に代入することによって風上・風下温度分布を求めるものとする(ステップS202)。但し、熱面積Se、風上・風下方向における断面積S'は、ヒートシンクの形状に合った値を使用するものとする。 The thermal analysis process considering the windward and leeward is the same as that described in the first embodiment. That is, the heat transfer coefficient of the system composed of the plate surface and the cooling medium is calculated using the base data 22a, the fin data 22b, and the environment data 24 (step S201), and then, according to the equations (9) and (10) of the first embodiment. It is assumed that the windward and leeward temperature distributions are obtained by calculating p and q and substituting them into equations (1) and (2) (step S202). However, the thermal area S e, the cross-sectional area of the windward-leeward direction S 'shall use the value that matches the shape of the heat sink.
次に、風上・風下温度差を考慮しない熱解析処理の流れについて説明する。 Next, the flow of thermal analysis processing that does not consider the difference between the windward and leeward temperatures will be described.
まず、風上・風下温度差を考慮しない熱伝達率算出部12によって、上記したフィンデータ22aを用い、フィンの表面積を算出するとともに(ステップS101)、フィン表面の熱伝達率を算出する(ステップS102)。フィンの表面積Sfinは、図6に示す入力項目のうち、フィン高さ、フィン長さ(ベース長さと同じ)、フィン厚さ、フィンの枚数を用いて算出される。 First, the heat transfer coefficient calculation unit 12 that does not consider the difference between the windward and leeward temperatures calculates the fin surface area using the fin data 22a described above (step S101), and calculates the fin surface heat transfer coefficient (step S101). S102). The fin surface area S fin is calculated using the fin height, fin length (same as base length), fin thickness, and number of fins among the input items shown in FIG.
また、風上・風下温度差を考慮しない熱伝達率算出部12は、上記したベースデータ22aを用い、ステップS102で算出したフィン表面の熱伝達率αfinを用いて、ベース部分とフィン部分で構成されるヒートシンクを一つのベースとして取り扱うことができるように、ベース面に換算した熱伝達率α'を算出する(ステップS103)。熱伝達率α'は、具体的には、フィンの熱伝達率αfinに、フィンの面積倍率を乗算することで算出する。 Further, the heat transfer coefficient calculation unit 12 that does not consider the difference between the windward and leeward temperatures uses the above-described base data 22a, and uses the heat transfer coefficient α fin of the fin surface calculated in step S102, to calculate the base part and the fin part. The heat transfer coefficient α ′ converted to the base surface is calculated so that the constructed heat sink can be handled as one base (step S103). Specifically, the heat transfer coefficient α ′ is calculated by multiplying the heat transfer coefficient α fin of the fin by the area magnification of the fin.
図8は、熱伝達率の換算と後述する面積の換算とを説明するための説明図である。図8(a)では、ベースとフィンが一体化したヒートシンクが示されているが、本発明にかかるヒートシンク熱解析装置では、上記したように、フィン部分の熱伝達率をベース部分の熱伝達率に換算して、ベースのみを熱解析対象とする。よって、この段階において、熱解析対象の形状を、図4(b)に示すような一枚板として取り扱うことができ、これにより熱解析に必要な熱伝導方程式の数の低減と簡略化を実現している。 FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the conversion of the heat transfer coefficient and the conversion of the area described later. FIG. 8A shows a heat sink in which the base and the fin are integrated. As described above, in the heat sink thermal analysis apparatus according to the present invention, the heat transfer coefficient of the fin portion is set to the heat transfer coefficient of the base portion. Only the base is subject to thermal analysis. Therefore, at this stage, the shape of the thermal analysis target can be handled as a single plate as shown in FIG. 4B, thereby reducing and simplifying the number of heat conduction equations required for thermal analysis. is doing.
つづいて、ヒートシンク熱解析装置は、面積換算部13によって、図8(b)に示したようにモデル化された一つのベースについて、上記した発熱体データ21とベースデータ22aを用い、そのベース面(主面)の面積と、ベース面上との発熱体の接触部分の面積とを算出する(ステップS104)。具体的には、ベース面(主面)の面積は、入力項目のうち、ベース幅とベース長さを用いて算出され、発熱体の接触部分の面積は、発熱体の幅と発熱体の長さを用いて算出される。
Subsequently, the heat sink thermal analysis apparatus uses the
そして、面積換算部13は、ステップS104で算出したベースの面積と発熱体の面積とがそれぞれ保持された状態の2つの円を導出し、それぞれの円の半径を算出する(ステップS105)。特に、このベースから円への置換は、図8(c)に示すように、発熱体に相当する円が、ベースに相当する円の中央に配置された状態の円柱形状とするモデル化を実現する(ステップS105)。具体的には、図8(c)に示す円柱形状において、内側の円の半径をR1とし、外側の円の半径をR2とすると、
続いて、ヒートシンク熱解析装置は、上記したステップS105でモデル化されたヒートシンクに対し、風上・風下温度差を考慮しない温度演算部14によって、熱解析、すなわち温度分布の導出を開始する。温度演算部14による温度分布の導出は、風上・風下温度差を考慮しない熱伝達率算出部12で算出された熱伝達率α’と、上記した発熱体データ21、ベースデータ22aおよびフィンデータ22aと、演算式記憶部25に記憶された演算式とを用いて、発熱体の外側の方程式を立てるステップS106と、発熱体の内側の方程式を立
てるステップS107と、発熱体の内側と外側の境界条件を設定するステップS108と、発熱体の内側と外側の方程式を連立で解くステップS109と、モデル化されたヒートシンクの厚さ方向の方程式を立てるステップS110と、厚さ方向における境界条件をステップS109の連立方程式の導出過程に合わせて設定するステップS111と、厚さ方向の方程式を解くステップS112と、によって実現される。
Subsequently, the heat sink thermal analysis apparatus starts thermal analysis, that is, derivation of temperature distribution, with respect to the heat sink modeled in step S105 described above, by the temperature calculation unit 14 that does not consider the windward / leeward temperature difference. Derivation of the temperature distribution by the temperature calculation unit 14 is performed by the heat transfer coefficient α ′ calculated by the heat transfer coefficient calculation unit 12 that does not take into consideration the windward / downwind temperature difference, the
以下に、上記したステップS106〜S112の処理について具体的に説明する。この温度演算では、「熱は同心円状に広がる」という点に着目し、図8(c)に示した円柱形状に対する熱伝導方程式を立てて温度分布を算出した後、厚さ方向の熱抵抗を補正値として調整する。なお、円柱形状の温度分布は、発熱体が位置する領域の外側と内側とでそれぞれ成立する熱伝導方程式の解析接続によって表すことができる。 Below, the process of above-mentioned step S106-S112 is demonstrated concretely. In this temperature calculation, paying attention to the point that “heat spreads concentrically”, the temperature distribution is calculated by setting the heat conduction equation for the cylindrical shape shown in FIG. Adjust as a correction value. Note that the cylindrical temperature distribution can be expressed by analytical connection of heat conduction equations that are established on the outer side and the inner side of the region where the heating element is located.
まず、発熱体の外側(R1≦r≦R2)の方程式、すなわち上記したステップS106において用いられる方程式について説明する。図9は、発熱体の外側と内側の方程式を説明するための説明図である。発熱体の外側の方程式は、図9(a)に示すように、発熱体領域40の中心をr=0とし、発熱体領域40の半径に相当するr=R1からベースの半径に相当するr=R2までの幅を有するリング領域が対象となる。 First, the equation outside the heating element (R 1 ≦ r ≦ R 2 ), that is, the equation used in step S106 described above will be described. FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining equations on the outside and inside of the heating element. As shown in FIG. 9A, the equation outside the heating element corresponds to the radius of the base from r = R 1 corresponding to the radius of the heating element region 40, with the center of the heating element region 40 being r = 0. Ring regions having a width up to r = R 2 are of interest.
図9(a)において、上記リング領域の同心円状の微小部分41に着目して、傾きの変化から計算した熱量が、奪われた熱量に等しいとして微分方程式を立てると、
これを整理すると、
ここで、
i)第1の解を求めるステップとして、まず、上記した式(13)を
i) As a step for obtaining the first solution, first, the above equation (13) is obtained.
この式(15)が常に成立するためには、同じ次数の係数が全て等しくなる必要がある。nを変化させると、nが奇数の時An=0となり、nが偶数の時n2An=4An-2となる。これから、
よって、この式(16)を上記した式(13)に代入することにより、
ii)つぎに、第2の解を求めるステップとして、
ii) Next, as a step for obtaining the second solution,
そして、この式(19)を上記した式(11)に代入すると、Jが式(11)の解であることから、対数の項が消える。その後J’を代入して整理すると、
この式(20)において、k,nを変化させると、i)と同様にnが奇数の時
、Bn=0となる。nが偶数の場合、各項にそれぞれk=s,n=2s,n=2
s−2を代入して整理すると、
Substituting s-2 and organizing
さらに、この式(22)において、sを1からsまで変えて辺々加えると、
結局、
ここで、α’=−1,B0=−γとおくと、第二種変形ベッセル関数Bessel K(r)に一致する。 Here, if α ′ = − 1 and B 0 = −γ, then this corresponds to the second type modified Bessel function Bessel K (r).
最終的には、上記した式(17)と式(23)とによって、発熱体の外側(R1≦r≦R2)の温度θは、
次に、発熱体の内側(0≦r≦R1)の方程式、すなわち上記したステップS107において用いられる方程式について説明する。発熱体の内側の方程式は、図9(b)に示すように、発熱体領域40が対象となる。ここでは、図9(b)において、発熱体領域40の同心円状の微小部分42に着目する。
Next, the equation inside the heating element (0 ≦ r ≦ R 1 ), that is, the equation used in step S107 described above will be described. As shown in FIG. 9B, the heating element region 40 is targeted for the equation inside the heating element. Here, in FIG. 9B, attention is focused on the
単位体積当りの発熱量をq0とすると、
この式(25)において、右辺の第1項(熱伝達の項)は、第2項(発熱の項)に比べて著しく小さいので省略すると、
ここで、q0/λ=4kconとおくと、式(26)は、
結局、発熱体の内側(0≦r≦R1)の温度θは、式(27)から、
モデル化されたヒートシンクの温度θaは、上記した式(24)と式(28)との解析接続によって、
定まれば、目的とするヒートシンクの温度θaを得ることができる。
The temperature θ a of the modeled heat sink is obtained by analytical connection between the above formula (24) and formula (28).
そこで、上記した式(24)と式(28)における境界条件を定めることによって(ステップS108に相当する)、a,b,C,Dを求める(ステップS109に相当する)。まず、端部での断熱条件として、r=R2において、
すなわち、
発熱体の外側と内側の温度を一つの方程式で表すために、上記した式(24)と式(28)とを解析接続するには、境界条件として、r=R1において滑らかに接続すること、すなわち両式のθが一致する必要がある(熱量の保存則)。すなわち、
ここで、I(mR1)、K(mR1)、I’(mR1)、K’(mR1)は通常知られている変形ベッセル関数の計算方法を用いて既知の値として導出することができる。すなわち、式(33)と式(31)によって、aは、
また、この式(34)と、式(32)と式(31)によって、bもまた、
して表すことができ、未知数Dが定まれば、温度θaが求まる。
Also, according to the equation (34), the equation (32), and the equation (31), b is also
そこで、さらなる条件として、ヒートシンクの放熱量が発熱体の発熱量に一致する必要があるため、
を代入すると、
Substituting
Qは、図6に示した入力項目として既知であり、α’はステップS103によって決定しており、さらに、a,b,Cが式(31)、式(34)、式(35)に示したようにDで表されるため、結局は、この式(37)によって、未知数Dが定まり、ヒートシンクの温度θaが求まる。なお、式(37)の積分計算は、シンプソン(Simpson)の式を用いて解を得ることができる。 Q is known as the input item shown in FIG. 6, α ′ is determined in step S103, and a, b, and C are shown in Expression (31), Expression (34), and Expression (35), respectively. because represented by D, as, ultimately, by the equation (37), Sadamari unknowns D, temperature theta a heat sink is obtained. In addition, the integral calculation of Formula (37) can obtain a solution using the Simpson formula.
次に、モデル化されたヒートシンクの厚さ方向の方程式を立てる(ステップS110に相当する)について説明する。図10は、厚さ方向の方程式を説明するための説明図である。厚さ方向の方程式は、図10に示すように、円柱形状にモデル化されたヒートシンクにおいて、上から発熱体の発熱量に相当する熱量Qiが入るが、出て行く熱量Qtは、上記した式(30),式(32),式(33)の条件を用いて求められる。 Next, a description will be given of establishing a modeled equation in the thickness direction of the heat sink (corresponding to step S110). FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining an equation in the thickness direction. As shown in FIG. 10, in the equation of the thickness direction, in a heat sink modeled in a columnar shape, a heat amount Q i corresponding to the heat generation amount of the heating element enters from above, but the heat amount Q t that goes out is It is obtained using the conditions of the equations (30), (32), and (33).
横方向から、熱を奪われるが、仮想的なる熱伝達率α”を用いて、
解は、
The solution is
境界条件は、
上記式(41)で、β=1/[S×(−λ)×m’]とおくと、e2=e1−βQiと書ける。 If β = 1 / [S × (−λ) × m ′] in the above equation (41), it can be written as e 2 = e 1 −βQ i .
よって、上記式(42)より、
この式を上記式(43)に代入すると、
左辺はm'tが大きいと、βすなわち1/m'の挙動を示すので(要するにy=1/xの形のグラフになる)ので、ニュートン法にとっては“良い性質の関数”と言える。 When m′t is large on the left side, it exhibits β, that is, 1 / m ′ behavior (in short, it becomes a graph of the form of y = 1 / x), so it can be said that it is a “good function” for the Newton method.
m'が十分小さいところから、ニュートン法で解を求めると、5回程度で収束するが、実際の演算では、念のため10数回分をプログラミングするのが好ましい。 When a solution is obtained by the Newton method from where m ′ is sufficiently small, it converges in about 5 times. However, in an actual operation, it is preferable to program 10 times as a precaution.
このように算出されたヒートシンクの温度は、本実施形態2では、環境温度からの温度上昇値として求められる(ステップS113)。この温度上昇値は、具体的には、図6に示す出力項目表103内に表示された温度項目のように、発熱体が接触した部分のヒートシンクの温度として出力される。なお、図6では、ヒートパイプ(HP)がない場合、並質のHPを用いた場合、上質のHPを用いた場合、特上質のHPを用いた場合のそれぞれについてのヒートシンクの温度上昇値を表示している。このように、冷却効果が既知であるいくつかの種類のHP情報をあらかじめ記憶させておくことにより、HPを追加した場合のヒートシンクの性能を提示することもできる。 The heat sink temperature calculated in this way is obtained as a temperature rise value from the environmental temperature in the second embodiment (step S113). More specifically, the temperature increase value is output as the temperature of the heat sink at the portion where the heating element is in contact, as in the temperature item displayed in the output item table 103 shown in FIG. In addition, in FIG. 6, when there is no heat pipe (HP), when normal quality HP is used, when high quality HP is used, and when using high quality HP, the temperature rise value of the heat sink is shown. it's shown. Thus, by storing in advance several types of HP information whose cooling effect is known, the performance of the heat sink when HP is added can be presented.
また、図6に示す出力項目表103には、上記したフィン情報処理部15から提供される情報として、フィンピッチ、フィン間隔およびフィン効率が表示される。特に、このフィン情報に関する情報は、ヒートシンクを実際に製造する上での困難性を示す指標として有用なものとなる。 Further, in the output item table 103 shown in FIG. 6, the fin pitch, the fin interval, and the fin efficiency are displayed as information provided from the fin information processing unit 15 described above. In particular, the information related to the fin information is useful as an index indicating the difficulty in actually manufacturing the heat sink.
また、図6に示す出力項目表103では、ベースに関する情報として、スプレッド効率も表示される。ここで、スプレッド効率とは、フィン効率と同様の概念で、ベースにおいてどれだけ熱が行き渡っているかを示す無次元数であり、ベースデータ22aに基づいて所定の演算式により算出可能なデータである。 In the output item table 103 shown in FIG. 6, spread efficiency is also displayed as information on the base. Here, the spread efficiency is a concept similar to the fin efficiency, and is a dimensionless number indicating how much heat is spread in the base, and is data that can be calculated by a predetermined arithmetic expression based on the base data 22a. .
さらに、図6に示す出力項目表103には、上記したファン情報処理部16から提供される情報として、風速(前面)、風速(フィン間)、空気の温度上昇値、風量および圧損が表示される。特に、このファン情報と上記したヒートパイプに関する情報は、ヒートシンクの直接の性能を示す指標ではないが、ファンやヒートパイプはヒートシンクを使用するにあたり併用される可能性が高いため、それら情報の提示は、ヒートシンクを利用する側にとって有用なものとなる。 Further, in the output item table 103 shown in FIG. 6, the wind speed (front surface), the wind speed (between fins), the air temperature rise value, the air volume, and the pressure loss are displayed as information provided from the fan information processing unit 16 described above. The In particular, this fan information and the information on the heat pipe are not an indicator of the direct performance of the heat sink, but since the fan and heat pipe are likely to be used together when using the heat sink, the presentation of such information is not possible. It becomes useful for the side using the heat sink.
なお、図6の出力項目表103に示した項目以外にも、発熱体とヒートシンクとの間に介在させる熱伝導性緩衝部材(シリコーングリースやシリコーンラバー等)に関する情報や、ヒートシンクを取り付ける電熱素子(ペルチェモジュール等)に関する情報などを提示してもよい。 In addition to the items shown in the output item table 103 of FIG. 6, information on a heat conductive buffer member (silicone grease, silicone rubber, etc.) interposed between the heating element and the heat sink, and an electric heating element ( Information on the Peltier module etc.) may be presented.
図11は、従来のシミュレーションソフトによる熱解析結果と本発明による熱解析結果との比較を説明するための説明図である。図11(a)に示す表は、銅製のヒートシンクのサイズ=88[mm]×64[mm]であり、フィン高さ=40[mm]、フィン厚さ=0.5[mm]、フィン枚数=32枚、フィンピッチ=2.0[mm]、発熱体の発熱量=79[W]、前面風速=3.71[m/s]、環境温度=0℃を条件とし、さらに、ヒートシンクの厚さと、発熱体がヒートシンクに接触する部分のサイズ(熱源サイズ)とを同表内に示す条件とした場合の温度上昇値の比率について、他ソフトシミュレーションで解析した場合と、本発明にかかるヒートシンク熱解析装置で解析した場合を示している。 FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the comparison between the thermal analysis result by the conventional simulation software and the thermal analysis result by the present invention. The table shown in FIG. 11A is the size of the heat sink made of copper = 88 [mm] × 64 [mm], fin height = 40 [mm], fin thickness = 0.5 [mm], number of fins = 32 sheets, fin pitch = 2.0 [mm], heating value of heating element = 79 [W], front wind speed = 3.71 [m / s], environmental temperature = 0 ° C, The ratio of the temperature rise value when the thickness and the size of the part where the heating element contacts the heat sink (heat source size) are the conditions shown in the same table, when analyzed by other soft simulations, and the heat sink according to the present invention The case where it analyzed with the thermal-analysis apparatus is shown.
また、本発明にかかるヒートシンク熱解析装置で解析した温度上昇値については、その誤差も同時に示されている。ここで、誤差は、100×(温度上昇値の差)/(基準の温度上昇値)で算出している。図11(b)は、図11(a)の表に示す誤差をグラフ化した図である。 Moreover, about the temperature rise value analyzed with the heat sink thermal analysis apparatus concerning this invention, the error is also shown simultaneously. Here, the error is calculated as 100 × (difference in temperature rise value) / (reference temperature rise value). FIG. 11B is a graph showing the errors shown in the table of FIG.
図11に示すように、他ソフトシミュレーションによる解析結果と、本発明にかかるヒートシンク熱解析装置による解析結果との差も、基準となる温度上昇値に対する誤差についてもともに3%以下であり、本発明が高速な熱解析と簡便な操作とを実現するという効果を考えれば、代償として失う解析精度の低下は無視できる程度に小さい。 As shown in FIG. 11, both the difference between the analysis result by the other software simulation and the analysis result by the heat sink thermal analysis apparatus according to the present invention and the error with respect to the reference temperature rise value are 3% or less. Considering the effect of realizing high-speed thermal analysis and simple operation, the loss of analysis accuracy lost as a price is negligibly small.
以上に説明したとおり、実施形態2にかかるヒートシンク熱解析装置およびヒートシンク熱解析方法によれば、ヒートシンクを数学的に取り扱い易い円柱形状にモデル化し、そのモデル化に対して適用可能な数個の熱伝導方程式をあらかじめ記憶させておくことで、ヒートシンクの温度分布を僅かな時間で演算することができ、しかもヒートシンクの一端に取り付けられる冷却用ファンの風上・風下温度分布の影響も取り入れることができる。 As described above, according to the heat sink thermal analysis apparatus and the heat sink thermal analysis method according to the second embodiment, the heat sink is modeled into a cylindrical shape that is mathematically easy to handle, and several heats that can be applied to the modeling are modeled. By storing the conduction equation in advance, it is possible to calculate the temperature distribution of the heat sink in a short amount of time, and also to incorporate the effects of the up and down temperature distribution of the cooling fan attached to one end of the heat sink. .
特に、従来の熱解析シミュレーションが、わずかな仕様変更に対しても数分から数十分の解析時間を必要としていたのに対し、本発明にかかるヒートシンク熱解析装置では、熱伝導方程式を簡略化したことからその解析を数秒で終わらせることができる。これは、例えば、ノートパソコン等の携帯可能なコンピュータによって本発明にかかるヒートシンク熱解析装置を実現した場合に、顧客先等で、仕様変更に対するヒートシンクの性能を即座に提示することができることを意味する。逆に顧客側(ユーザ側)にとっても、種々の形状や大きさのヒートシンクについて、その放熱特性等を即座に確認することができるため、自己の欲する最適な仕様のヒートシンクを選別することができる。 In particular, the conventional thermal analysis simulation required several minutes to several tens of minutes of analysis time even for a slight change in specifications, whereas the heat sink thermal analysis apparatus according to the present invention simplified the heat conduction equation. Therefore, the analysis can be completed in a few seconds. This means that, for example, when the heat sink thermal analysis device according to the present invention is realized by a portable computer such as a notebook computer, the performance of the heat sink with respect to the specification change can be instantly presented by the customer. . On the other hand, the customer side (user side) can immediately check the heat dissipation characteristics and the like of the heat sinks of various shapes and sizes, so that the heat sink having the optimum specifications desired by the customer can be selected.
さらに、図6に示した入出力表示と図5に示した種々の処理部が行なう演算は、ワードプロセッサや表計算ソフト等のいわゆるオフィスアプリケーション上で実現できる程度の処理であるため、営業担当者等の利用者が使い慣れたアプリケーションによるユーザインターフェースを利用することができ、従来の熱解析シミュレーションソフトウェアにおける操作の習熟度の必要性や煩雑さといった問題が解決される。 Further, the operations performed by the input / output display shown in FIG. 6 and the various processing units shown in FIG. 5 are processes that can be realized on a so-called office application such as a word processor or spreadsheet software. This makes it possible to use a user interface based on an application familiar to the user, and solves problems such as the necessity and complexity of operation proficiency in conventional thermal analysis simulation software.
11 入力部
12 風上・風下温度差を考慮しない熱伝達率算出部
13 面積換算部
14 風上・風下温度差を考慮しない温度演算部
15 フィン情報処理部
16 ファン情報処理部
17 表示部
18 温度分布算出部
21発熱体データ
22a ベースデータ
22b フィンデータ
23 風上・風下を考慮した熱伝達率算出部
24 環境データ
25 演算式記憶部
26 風上・風下温度演算部
101 ヒートシンク表示枠
102、202 入力項目表
103 出力項目表
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Input part 12 Heat transfer
Claims (13)
前記熱解析装置は、前記熱交換器の前記所定面に平行な一方向に流れる冷却媒体の方向Xについての熱交換器の一次元的な温度分布T(X)を求める風上・風下温度分布演算手段を含み、前記風上・風下温度分布演算手段は、前記熱交換器表面と冷却媒体からなる系の熱伝達率を用いてT(X)を導出する演算を含むものであることを特徴とする熱交換器の熱解析装置。 In the thermal analysis device that calculates the temperature distribution about the predetermined surface direction of the heat exchanger,
The thermal analysis device is used to determine the one-dimensional temperature distribution T (X) of the heat exchanger for the direction X of the cooling medium flowing in one direction parallel to the predetermined surface of the heat exchanger. The upwind / downwind temperature distribution calculation means includes a calculation means for calculating T (X) using a heat transfer coefficient of a system composed of the heat exchanger surface and a cooling medium. Thermal analysis device for heat exchangers.
冷却媒体が前記熱交換器に流入する位置をX=-X1、冷却媒体が熱交換器から流出する位置をX=+X1として、
区間-X1≦X≦0においては T=p(X+X1)2+q-pX1 2 式(1)
区間0≦X≦+X1においては T=p(X-X1)2+q+pX1 2 式(2)
(但し、p、qは、熱交換器表面と冷却媒体からなる系の熱伝達率、発熱体からの発熱量、熱交換器の放熱面積及び熱交換器の前記面方向における断面積によって決まる係数である。)で表されることを特徴とする請求項2に記載の熱交換器の熱解析装置。 The number of the plurality of regions is 2, and the predetermined analytical expression is:
The position where the cooling medium flows into the heat exchanger is X = −X 1 , the position where the cooling medium flows out of the heat exchanger is X = + X 1 ,
In interval -X1 ≦ X ≦ 0, T = p (X + X 1 ) 2 + q-pX 1 2 (1)
In the interval 0 ≦ X ≦ + X1, T = p (XX 1 ) 2 + q + pX 1 2 formula (2)
(However, p and q are coefficients determined by the heat transfer coefficient of the system consisting of the heat exchanger surface and the cooling medium, the amount of heat generated from the heating element, the heat dissipation area of the heat exchanger, and the cross-sectional area in the surface direction of the heat exchanger. The thermal analysis device for a heat exchanger according to claim 2, wherein the thermal analysis device is expressed by:
放熱フィン部分の熱伝達率をベース部分の熱伝達率に含めることでモデル化されるベース部分のみの熱交換器の熱伝達率を算出する熱伝達率算出手段と、
前記ベース部分の主面の面積と同じ面積を有する第1の円形状と、前記発熱体の接触面積と同じ面積を有する第2の円形状と、を導出し、前記熱交換器を、前記第1の円形状と前記第2の円形状とを同心円として配置した形状にモデル化するモデル化手段と、
前記モデル化手段によってモデル化されたヒートシンクの温度分布を演算する温度演算手段と、
を備えたことを特徴とする請求項4に記載の熱交換器の熱解析装置。 The heat analysis device for a heat exchanger according to claim 4, wherein the heat analysis device for the heat exchanger further comprises:
Heat transfer coefficient calculating means for calculating the heat transfer coefficient of the heat exchanger of the base part only, which is modeled by including the heat transfer coefficient of the radiating fin part in the heat transfer coefficient of the base part;
A first circular shape having the same area as the main surface area of the base portion and a second circular shape having the same area as the contact area of the heating element are derived, and the heat exchanger is Modeling means for modeling one circular shape and the second circular shape into a shape arranged as concentric circles;
Temperature calculating means for calculating the temperature distribution of the heat sink modeled by the modeling means;
The heat analysis device for a heat exchanger according to claim 4, comprising:
前記熱解析方法は、前記熱交換器の前記所定面に平行に流れる冷却媒体の方向Xについての熱交換器の一次元的な温度分布T(X)を求める風上・風下温度分布演算ステップを含み、前記風上・風下温度分布演算ステップは、前記熱交換器表面と冷却媒体からなる系の熱伝達率を用いてT(X)を導出する演算を含むものであることを特徴とする熱交換器の熱解析方法。 In the thermal analysis method for obtaining the temperature distribution about the predetermined surface direction of the heat exchanger,
The thermal analysis method includes an upwind / downwind temperature distribution calculation step for obtaining a one-dimensional temperature distribution T (X) of the heat exchanger with respect to a direction X of the cooling medium flowing parallel to the predetermined surface of the heat exchanger. The upwind / downwind temperature distribution calculating step includes a calculation of deriving T (X) using a heat transfer coefficient of a system composed of the heat exchanger surface and a cooling medium. Thermal analysis method.
冷却媒体が前記熱交換器に流入する位置をX=-X1、冷却媒体が熱交換器から流出する位置をX=+X1として、
区間-X1≦X≦0においては T=p(X+X1)2+q-pX1 2 式(1)
区間0≦X≦+X1においては T=p(X-X1)2+q+pX1 2 式(2)
(但し、p、qは、熱交換器表面と冷却媒体からなる系の熱伝達率、発熱体からの発熱量、熱交換器の放熱面積及び熱交換器の前記面方向における断面積によって決まる係数である。)で表されることを特徴とする請求項7に記載の熱交換器の熱解析方法。 The number of the plurality of regions is 2, and the predetermined analytical expression is:
The position where the cooling medium flows into the heat exchanger is X = −X 1 , the position where the cooling medium flows out of the heat exchanger is X = + X 1 ,
In interval -X1 ≦ X ≦ 0, T = p (X + X 1 ) 2 + q-pX 1 2 (1)
In the interval 0 ≦ X ≦ + X1, T = p (XX 1 ) 2 + q + pX 1 2 formula (2)
(However, p and q are coefficients determined by the heat transfer coefficient of the system consisting of the heat exchanger surface and the cooling medium, the amount of heat generated from the heating element, the heat dissipation area of the heat exchanger, and the cross-sectional area in the surface direction of the heat exchanger. The heat analysis method for a heat exchanger according to claim 7, wherein the heat analysis method is expressed by:
放熱フィン部分の熱伝達率をベース部分の熱伝達率に含めることでモデル化されるベース部分のみの熱交換器の熱伝達率を算出する熱伝達率算出ステップと、
前記ベース部分の主面の面積と同じ面積を有する第1の円形状と、前記発熱体の接触面積と同じ面積を有する第2の円形状と、を導出し、前記熱交換器を、前記第1の円形状と前記第2の円形状とを同心円として配置した形状にモデル化するモデル化ステップと、
前記モデル化手段によってモデル化されたヒートシンクの温度分布を演算する温度演算ステップと、
を含んだことを特徴とする請求項9に記載の熱交換器の熱解析方法。 The heat analysis method for a heat exchanger according to claim 9, wherein the heat analysis method for the heat exchanger further includes:
A heat transfer coefficient calculating step for calculating the heat transfer coefficient of the heat exchanger of the base part only, which is modeled by including the heat transfer coefficient of the radiating fin part in the heat transfer coefficient of the base part;
A first circular shape having the same area as the main surface area of the base portion and a second circular shape having the same area as the contact area of the heating element are derived, and the heat exchanger is A modeling step of modeling a circular shape of 1 and the second circular shape into a shape arranged as concentric circles;
A temperature calculating step for calculating a temperature distribution of the heat sink modeled by the modeling means;
The heat analysis method for a heat exchanger according to claim 9, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004373218A JP4324548B2 (en) | 2004-12-24 | 2004-12-24 | Heat analysis apparatus for heat exchanger, heat analysis method for heat exchanger, and program for causing computer to execute the method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004373218A JP4324548B2 (en) | 2004-12-24 | 2004-12-24 | Heat analysis apparatus for heat exchanger, heat analysis method for heat exchanger, and program for causing computer to execute the method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006177870A true JP2006177870A (en) | 2006-07-06 |
JP4324548B2 JP4324548B2 (en) | 2009-09-02 |
Family
ID=36732109
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004373218A Active JP4324548B2 (en) | 2004-12-24 | 2004-12-24 | Heat analysis apparatus for heat exchanger, heat analysis method for heat exchanger, and program for causing computer to execute the method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4324548B2 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101881741B (en) * | 2009-05-08 | 2013-04-24 | 清华大学 | One-dimensional material thermal conductivity measurement method |
TWI490484B (en) * | 2012-10-31 | 2015-07-01 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | Contacting thermal resistance measurement method for one dimension material |
CN104819885A (en) * | 2015-05-13 | 2015-08-05 | 河南理工大学 | Thermal analysis device of elemental mercury in gold amalgam adsorption tube |
CN105301046A (en) * | 2015-10-28 | 2016-02-03 | 沈阳理工大学 | Thermal performance detection device of heat exchanger |
CN110376239A (en) * | 2019-05-20 | 2019-10-25 | 西安交通大学 | The quantitative measurement method of grease working medium shell-and-tube heat exchanger efficiency |
JP2020201722A (en) * | 2019-06-10 | 2020-12-17 | 株式会社村田製作所 | Thermal analysis method for structure and thermal analysis apparatus for structure |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102331439A (en) * | 2011-09-29 | 2012-01-25 | 王加龙 | Test device for radiating property of cooler |
-
2004
- 2004-12-24 JP JP2004373218A patent/JP4324548B2/en active Active
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101881741B (en) * | 2009-05-08 | 2013-04-24 | 清华大学 | One-dimensional material thermal conductivity measurement method |
TWI490484B (en) * | 2012-10-31 | 2015-07-01 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | Contacting thermal resistance measurement method for one dimension material |
CN104819885A (en) * | 2015-05-13 | 2015-08-05 | 河南理工大学 | Thermal analysis device of elemental mercury in gold amalgam adsorption tube |
CN105301046A (en) * | 2015-10-28 | 2016-02-03 | 沈阳理工大学 | Thermal performance detection device of heat exchanger |
CN105301046B (en) * | 2015-10-28 | 2018-07-17 | 沈阳理工大学 | Exchanger heat device for detecting performance |
CN110376239A (en) * | 2019-05-20 | 2019-10-25 | 西安交通大学 | The quantitative measurement method of grease working medium shell-and-tube heat exchanger efficiency |
JP2020201722A (en) * | 2019-06-10 | 2020-12-17 | 株式会社村田製作所 | Thermal analysis method for structure and thermal analysis apparatus for structure |
JP7222313B2 (en) | 2019-06-10 | 2023-02-15 | 株式会社村田製作所 | Structure Thermal Analysis Method and Thermal Analysis Apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4324548B2 (en) | 2009-09-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Alkharabsheh et al. | A brief overview of recent developments in thermal management in data centers | |
Pacheco et al. | Numerical simulations of heat transfer and fluid flow problems using an immersed-boundary finite-volume method on nonstaggered grids | |
Rao et al. | Multi-objective design optimization of a plate-fin heat sink using a teaching-learning-based optimization algorithm | |
US9372944B2 (en) | Numerical analysis device, element generation program, and numerical analysis method | |
CN112257321B (en) | Unsupervised learning-based satellite component temperature field determination method | |
JP5408185B2 (en) | Method for estimating the temperature of a solid | |
JP4324548B2 (en) | Heat analysis apparatus for heat exchanger, heat analysis method for heat exchanger, and program for causing computer to execute the method | |
Piasecka et al. | Experimental study and CFD modeling of fluid flow and heat transfer characteristics in a mini-channel heat sink using simcenter STAR-CCM+ software | |
Allauddin et al. | Numerical investigation of heat transfer by an impinging jet using alumina–water nanofluid | |
Rath et al. | Laminar and turbulent natural convection from a stack of thin hollow horizontal cylinders: A numerical study | |
JP4797157B2 (en) | Method and program for estimating fluid and thermal characteristics of turbulent flow with buoyancy | |
Zhou et al. | Numerical simulation on a thermal management system for a small data center | |
Dixit et al. | Geometric mean of fin efficiency and effectiveness: A parameter to determine optimum length of open-cell metal foam used as extended heat transfer surface | |
JP4233266B2 (en) | Heat sink thermal analysis device and heat sink thermal analysis program | |
US8628236B2 (en) | Thermal analysis | |
Mohamad et al. | Numerical investigation of conjugate natural convection from a vertical cylindrical open cavity | |
Wu et al. | An implicit immersed boundary method for Robin boundary condition | |
Wang et al. | Numerical simulation on thermoelectric cooling of core power devices in air conditioning | |
Sahu et al. | Numerical investigation of transient responses of triangular fins having linear and power law property variation under step changes in base temperature and base heat flux using lattice Boltzmann method | |
Kaewchoothong et al. | Flow and heat transfer behaviors in a two-pass rotating channel with rib turbulators using computational fluid dynamics | |
Rambo et al. | Thermal performance metrics for arranging forced air cooled servers in a data processing cabinet | |
Mancuso et al. | Assessment of turbulence models for low Reynolds number flows and their computational costs, Part 1: Staggered tube bank | |
Yang et al. | Cooling effectiveness of matrix, pin fin array and hybrid structure: A comparative study | |
Ahn et al. | Investigation of coupled systems consisting of fluid movers and heat-exchange devices | |
Lyu et al. | Optimal design and analysis of airfoil radiator fins based on weakly compressible turbulence |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071204 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090216 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090310 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090507 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20090507 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090602 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090608 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4324548 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120612 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150612 Year of fee payment: 6 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |