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式(4.3)のように定義すると,Q、。、、1は次のようになる。
9肋1=(翫)h+(翫)。 (4.4)
ここで,添字h,cはそれぞれ高温壁と低温壁を表す。
温度比Rと無次元熱流束Q T。、、1の関係をGr;1を代表例として図4.17に示す。図4.17に示 されるように,QT。、、1はRにほぽ比例しDが大きいほど大きくなる。また,DによるQT。、、1の差
異もRが大きいほど大きくなる。これは,前述したように,0<R<1の場合,GrとR が小
さくなると高温壁側の対流場が低温側へ流れ込み,低温壁上端部のNuhが負値となって低温壁の平 均ヌッセルト数が低下するためである。
工学上の応用として平板全体からの熱除去を目的とした場合,Dは大きいほうが,低グラスホフ
79
数域において有利となる。山崎[44],[45]によれば,低グラスホフ数域において下端が閉じた向かい 合う平行加熱平板では,平板問距離をsとして無次元距離S(S=s/h)>0.2でほぼ両加熱平板 間の影響は無いことを示している。したがって,図3.1(a)〜3.1(c)のようなLSIパッケージが 筐体内部に複数個設置された場合,発熱体間の無次元距離Sが0.2以上ならば発熱体が単独に設 置されているものと考えられ,低グラスホフ数域における自然対流場からの除熱を考えた場合,無次 元平板厚さDを大きくとる方が熱除去を促進させるためには有利となる。
4.3結言
(1)0<R<1の場合
①Grが大きいと両壁側に生じる流れ場は互いに干渉せず,独立した流れ場を形成する。これに反し
,Grが小さくなると,高温壁側の流れは低温壁側の流れ場を押し込むように低温壁側へと流れ込む ようになる。また,この現象は無次元板厚Dに影響を受け,DとRが小さいほど顕著になる。
②Nuh分布は高温壁ではR=1の場合とほとんど変わらないが,低温壁ではRが小さくなるほど Nuhは小さくなり,さらにGrが小さくなると低温壁の上端部ではNuhが負値となり吸熱現象が
発生した。高温壁側の流れは高温壁側のNuh分布に影響を与えないため,Nu分布もRニ1の場合とほとんど変わらない。これに反し,低温壁側のNuh分布は高温壁側の流れが低温壁側へ流れ込む
と平板上端部でN頃<0となるため,低温壁全体でNuは小さくなる・
③本解析モデルからの総発熱量に関し無次元発熱量Q T。、、1による評価を行なった。その結果,平板 全体からの熱除去を目的とした場合,Dは大きいほうが,低グラスホフ数域における自然対流場の 干渉現象を回避するため有利となる。山崎[44],[45]によれば,低グラスホフ数域において下端が閉
じた向かい合う平行加熱平板では,平板間距離をsとして無次元距離S(S=s/h)>0.2でほぼ 両加熱平板間の影響は無いことを示している。したがって,図3.1(a〉〜3.1(c)のようなLSIパッ ケージが筐体内部に複数個設置された場合,発熱体間の無次元距離Sが0.2以上ならば発熱体が 単独に設置されているものと考えられ,低グラスホフ数域における自然対流場からの除熱を考えた場 合,無次元平板厚さDを大きくとる方が熱除去を促進させるためには有利となる。
(2)R<0の場合
Rが負値となると,流れ場は0<R<1の場合と比較して全く異なる流れ場となる。低温壁
では,下降・上昇するロールを生じ,高温側では上昇・下降するロールが発生し,逆方向の流れ場が 観察される。この流れ場は,RとD,Grが小さくなると,二つの逆方向ロールが合流して一つの 大きな対流場へと変化していく。lc l
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