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例題２９水冷放熱解析(温度依存性のある熱伝達係数入力)

本例題について

基板上に発熱体が配置されており、さらに基板に平行方向の流速による強制対流（水冷）による放熱がある場合の定常解析例を示します。
強制対流の熱伝達係数を手計算で求める例題です。
自動的に求めたい場合は「簡易熱流体解析例題1」を参照下さい。
温度分布や熱流束ベクトルを解析結果として見ることができます。
表に記載されていない条件はデフォルトの条件を使用します。
Femtetのバージョンや環境により結果が多少ことなります。

解析モデルダウンロード

プロジェクトファイルをダウンロード（右クリックし、名前を付けてリンク先を保存してください。）

解析空間

項目	条件
解析空間	3次元
モデル単位	mm

解析条件

項目	条件
ソルバ	熱伝導解析[Watt]
解析の種類	定常解析
解析オプション	なし

モデル図

基板(VOL1)と発熱体(VOL2)それぞれを直方体のソリッドボディで定義し、発熱体にはボディ属性で発熱量を設定、

基板の上下面および発熱体の上面に強制対流による放熱の熱伝達係数を簡易式で算出して設定しています。

ボディ属性および材料の設定

ボディ No./ボディタイプ	ボディ属性名	材料名
0/Solid	VOL1	008_銅Cu※
1/Solid	VOL2	001_アルミナ※

※材料データベースを利用

VOL2での発熱量を以下のように設定しています。

ボディ属性名	タブ	設定
VOL2	発熱量	10[W]

境界条件

水による強制対流の熱伝達係数は以下の式にて算出しています。詳細は「強制対流の場合の熱伝達係数」を参照してください。

係数を自動的に求めたい場合は「簡易熱流体解析例題1」をご参照ください。

h = 3.86 × （V/L）0.5×C × Ctype [W/m2/deg]

ただし、

水の流速　V = 1[m/s]

基板（VOL1)の上下面：　代表長　L =0.05、C=1、Ctypeの値は「強制対流の場合の熱伝達係数」参照
発熱体（VOL2）の上面：　代表長 L =0.02、L'=0.015、C＝1※、Ctypeの値は上記参照

これより、熱伝達係数hを計算すると、以下の表のようになります。

値入力時、「滑らかに補間」チェックボックスにチェックを入れることで、スプライン補間した値を計算に用います。

※

発熱体の縁端部における速度境界層の厚みδは

δ=0.0182×（L’/V)0.5= 2.3[mm]

と算出されます。発熱体の厚み2[mm]と大差がないためC=１としています。

・基板(VOL1)の熱伝達係数h1

温度 [deg]	h1 [W/m2/deg]
0	2955.4
10	3178.2
20	3385.1
30	3573.5
40	3739.6
50	3895.9
60	4029.8
70	4156.5
80	4270.6
90	4366.7
100	4463.5

・発熱体(VOL2)の熱伝達係数h2

温度 [deg]	h2 [W/m2/deg]
0	4672.9
10	5025.2
20	5352.3
30	5650.2
40	5912.9
50	6159.9
60	6371.7
70	6372.1
80	6752.4
90	6904.3
100	7057.5

境界条件名/トポロジ

タブ

境界条件の種類

条件

BC1/Face

熱

熱伝達固体と気体の間の熱の移動・対流

熱伝達係数：　上表の値h2を入力

「温度依存性」→「滑らかに補間」にチェック

室温： 25 [deg]

BC2/Face

熱

熱伝達・対流

熱伝達係数：　上表の値h1を入力