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ヒートシンク付きCPU冷却ジャケットの熱抵抗計算

2012-12-03 [記事URL]

このような熱設計をされている方にお勧めです。

CPU冷却ジャケットの最適水量を計算
エクセルによってヒートシンクのフィン間隔、高さから熱抵抗を計算
半導体パッケージ全体の熱設計
三相インバーター駆動用半導体IGBTの放熱計算

IGBTからの発熱をヒートシンクを使って放熱する計算

上記のような計算は25日で解決します

Q) アルマイト処理したヒートシンクの方が熱抵抗が低いのはなぜ？

2012-11-30 [記事URL]

A) 表面よりふく射熱伝達により放熱するからです

　押出成形によるアルミ材質ヒートシンクのままですと、表面が反射して、表面からのふく射率がゼロに近くなります。つまりせっかく半導体からの熱を高熱伝導率のアルミを使って導いてきて、ヒートシンク表面温度を高めてもふく射熱伝達量を稼ぐことができません。(対流熱伝達は稼げます)

　一方表面にアルマイト処理を施すと、0.8～0.9までに高まります。よってふく射熱伝達率による熱抵抗の分母の値が大きくなり、熱抵抗全体としては低くなります。

対流熱伝達による熱抵抗と、ふく射熱伝達による熱抵抗の数式はこちらを参考

熱抵抗とは

2012-11-30 [記事URL]

このような計算をされている方に必要な知識です

液体貯蔵タンクの周囲への熱漏洩、熱侵入の計算
除湿冷暖房システム　熱交換フィンの温度計算
断熱壁の厚み計算
保温筒の理論的厚みを計算
配管の放熱量計算
放熱フィンの過渡熱伝導計算
ヒートシンクの放熱量の計算
耐熱電線の選定
電線に正規の電流をながして溶けかけた場合、温度上昇を計算
環境温度の（高室温）、推測する方法を検討
シリコンゴムで覆われた(公称断面積、外側にガラス組編み)電線が高温自然冷却の部屋にある場合の表面温度計算
ゴムで覆われ、空中（両端固定）で水平に保たれたときの表面温度計算

熱抵抗とはこのように定義されます

ΔT:二点間の温度差(K)
R:熱抵抗(K / W)
Q:二点間を流れる熱量(W)

熱の伝わる形態によってそれぞれ計算式が異なります

Rc:熱伝導による熱抵抗(K / W)
L:熱伝導熱流路長さ(m)
λ:固体の熱伝導率(W/m K)
Ac:熱伝導の熱流路断面積(m2)

Rh:対流熱伝達による熱抵抗(K / W)
h:熱伝達率(W/m2 K)
Ah:熱伝達面の面積(m2)

Rr:ふく射熱伝達による熱抵抗(K / W)
F:形態係数()
Ar:ふく射面面積(m2)
σ:ステファンボルツマン定数(W / m2 K4)
ε:ふく射率(放射率)
Tm:ふく射面と周囲温度の平均値(K)

木質系ボイラと燃料出力の熱量計算

2012-11-30 [記事URL]

このような業務をされている方にお勧めです。

ボイラの出力試験
散水車から給水後にボイラを介して給湯設備へ温水供給
膨張タンク付き缶体の熱量負荷試験
燃焼室内の燃料効率計算
熱源需要設備の負荷計算

上記のような計算は15日で解決します。

熱伝達係数(熱伝達率、境膜伝熱係数)の定義

2012-11-27 [記事URL]

この場合、円柱の表面の熱伝達率は、クーラントの速度によって、以下のように変化します。 (円柱直径25mm、表面温度80℃に、30℃のクーラントが表面を流れている時を想定)

つまり「熱伝達率」、「境膜伝熱係数」は、条件 (流速、速度、つまり風速、風量、流量、) により様々に変化します! これは、以下のように定義されています。

ニュートンの冷却計算式
（Newton’s law of cooling)

以下に関係する数式と、あらゆるケースにおける概算値を示します。

熱伝達係数(熱伝達率、境膜伝熱係数)の計算式　(強制対流)

2012-11-27 [記事URL]

以下に強制対流　熱伝達率　を計算するために必要な数式を示します

記号の意味

Nu L：ヌセルト数 Re L：レイノルズ数 Pr：流体のプラントル数 U∞：流体の流速(m/sec) L：物体の代表長さ(m) ν：流体の動粘性係数(m2/sec) h：熱伝達率(W/m2 K) λ：流体の熱伝導率(W/m K)

熱伝達率の求め方

1 流体が接する固体の形状を明確にする。 2 流速を求める。 3 レイノルズ数(Re数)を求める。 4 ヌセルト数(Nu数)を求める。 5 熱伝達率を求める。

注意点

　熱伝達率を計算するためには、固体の物性値は一切関係ありません

　強制対流のNu数(ヌセルト数定義はこちら)はRe数とPr数の関数ですが、
液体金属、および低レイノルズ数の場合はPe数(ペクレ数の定義はこちら)
の関数となる事もあります。

熱伝達係数(熱伝達率、境膜伝熱係数)の計算式　(自然対流)

2012-11-27 [記事URL]

以下に自然対流　熱伝達率　を計算するために必要な数式を示します

記号の意味

Nu L：ヌセルト数
Ra L：レーリー数
Gr L：グラスホフ数
Pr：周囲気体もしくは、液体のプラントル数
g：重力加速度(m/sec2)
β：体積膨張係数(1/K)
Tw,T∞：物体表面温度および、周囲温度(K) L：物体の代表長さ(m)
ν：周囲気体もしくは、液体の動粘性係数(m2/sec)
h：熱伝達率(W/m2 K)
λ：周囲気体もしくは、液体の熱伝導率(W/m K)

熱伝達率の求め方

1 流体が接する固体の形状を明確にする。 2 グラスホフ数(Gr数)を求める。
3 レーリー数(Ra数)を求める。
4 ヌセルト数(Nu数)を求める。
5 熱伝達率を求める。

注意点

　熱伝達率を計算するためには、固体の物性値は一切関係ありません

長方形流路の　熱伝達係数(熱伝達率、境膜伝熱係数)　概略値

2012-11-25 [記事URL]

このような計算をされている方に必要な知識です

水冷チャンバの冷却能力計算
水冷ジャケットの流路断面積決定

流速を変化させた時の水流と内壁間の　熱伝達率概算値を示します

条件:h=150(mm)　w=50(mm)

流速(m/sec)　　　熱伝達率(W/m2 K)
0.1　　　502
0.5　　　1820
1.0　　　3170
1.5　　　4380
2.0　　　5510

排熱回収システム水冷ジャケット熱交換量計算

2012-11-23 [記事URL]

このような業務をされている方にお勧めです。

放熱システム構築のFeasibility Study(実行可能性検討)
水冷チャンバーの必要冷却水量計算
水冷ジャケット内熱伝達率(境膜伝熱係数)計算

計算結果一例

水温度が50(℃)の時の流路内壁熱伝達率(W/m2 K)

流路幅(mm)　　　　　熱伝達率(W/m2 K)
15　　　　　8.74e2
25　　　　　8.35e2
35　　　　　7.62e2

上記のような計算は5日で解決します。

冷却水チャンバーの排熱回収計算を行っている方のご感想

2012-11-03 [記事URL]

【ご相談前】実用的な本を見つけることができず行き詰まった

冷却水チャンバーの境膜計算をされている R.K 様　47歳　男性 2012年 10月相談

【ご相談後】信じられないほど対応が早く実測データともほぼあっていた

　上司から急に、冷却水チャンバーの排熱回収に関するFSを指示されましたが、私は熱計算の素人です。冷却水チャンバーの流速と温度から境膜の熱伝達率を算出したかったので、本屋で伝熱関係の本をめくりましたが、素人でも理解できるような実用的な本を見つけることができず、行き詰まりました。　そんなときに過去にweb検索で見た新川先生のHPを思い出し、急遽依頼させていただきました。至急料金はかかりましたが、翌日には必要な計算式をExcelでいただくことができ、実測データともほぼ数値はあっていましたので、おかげでFSの計算を進めることができました。　信じられないほど対応スピードが早かったので大変助かりました。　有り難うございました。