強制対流の場合の熱伝達係数

■空気

 

強制対流の場合、板形状モデルの場合においては以下の手順にしたがって

算出した熱伝達係数ｈを発熱体の上面に設定することができます。

 

　h = 3.86 × ( V / L )^0.5 × C

 

L  [m]　： 空気の流れ方向に沿う発熱体の長さ寸法

L' [m]　： 空気の流れ方向に沿う板形状の先端から発熱体までの距離

V  [m/s]　： 空気の流速

C 　：  L'/Lの値に応じた補正係数（以下の表参照）

 

L'/L	C
0	1
0.2	0.90
0.5	0.84
0.7	0.81
1	0.78
1.5	0.74
2	0.71
3	0.67
4	0.65
5	0.62
8	0.58
10	0.56
15	0.52
20	0.50
40	0.45
80	0.40

 

■水

 

一般に、強制対流の熱伝達係数hは下記の式で求められます。

　

　h = 0.331 × λ × Pr^(1/3) × (1/ν)^0.5 × 2 × ( V / L )^0.5 × C

 

水の場合、上式中の動粘性係数νが温度依存性をもつため、

熱伝達係数hは温度により値が変化します。

 

また、板形状モデルの場合においては以下の手順にしたがって

算出した熱伝達係数ｈを発熱体の上面に設定することができます。

 

　h = 3.86 × ( V / L )^0.5 × C × Ctype

 

λ  [W/m/K]　： 熱伝導率

Pr　： プラントル数

ν  [Pa・s]　： 動粘性係数

L  [m]　： 水の流れ方向に沿う発熱体の長さ寸法

L' [m]　： 水の流れ方向に沿う板形状の先端から発熱体までの距離

V  [m/s]　： 水の流速

C 　：  L'/Lの値に応じた補正係数（上表参照）

Ctype 　：  対流補正係数（対流流体の種類による温度依存性の係数、以下の表参照）

 

対流補正係数に関しては、「高度な設定タブ」の「熱伝導解析の設定」項目をご参照ください。

 

・水の対流補正係数

温度 [deg]	Ctype
0	171.21
10	184.11
20	196.10
30	207.01
40	216.64
50	225.69
60	233.44
70	240.79
80	247.39
90	252.96
100	258.57

 

 

ただし、上表のCは発熱体の厚み（基板からの突出量）がゼロであることを前提としていますので、

発熱体の厚みが速度境界層の厚みδに対して厚い場合は補正係数Cは１とします。

 

なお発熱体の縁端部における速度境界層の厚みδ[m]は以下の式を用いて算出できます。

　　

　δ＝0.0182 × ( L' / V )^0.5

 

出典：「新版　移動論」朝倉書店、「熱設計完全入門」日刊工業新聞社