円管内の熱伝達を解析する：CAE解析とExcelを使いながら冷却系設計を自分でやってみる（14）（3/4 ページ）

[高橋良一／ＲＴデザインラボ 代表，MONOist]

円管層流熱伝達のシミュレーション

　それでは、熱流体解析を進めていきましょう。図3に境界条件を、図4にセル分割図を示します。使用するモデルは、連載第10回と同じものです。

図3　境界条件［クリックで拡大］

図4　円管層流流れのセル分割図［クリックで拡大］

　図5に温度分布を、図6に熱流束分布を示します。熱流束分布については、設定した境界条件がそのまま反映された結果となっています。

図5　温度分布［クリックで拡大］

図6　熱流束分布［クリックで拡大］

　なお、紙と鉛筆による計算結果とシミュレーション結果との比較は、次項の円管乱流熱伝達を説明した後に行うことにします。

円管乱流熱伝達

　円管の乱流熱伝達率の見積もりには、実験式を用います。ここでは、代表的なものを2つ紹介します。式12はディタス・ベルター（Dittus-Boelter）の式です（参考文献［1］）。

式12

　続いて、式13はグニーリンスキー（Gnielinski）の式です（参考文献［1］）。

式13［クリックで拡大］

円管乱流熱伝達のシミュレーション

　それでは、熱流体解析を進めていきましょう。図7に境界条件を、図8にセル分割図を示します。使用するモデルは、連載第13回と同じです。

図7　境界条件［クリックで拡大］

図8　円管乱流流れのセル分割図［クリックで拡大］

　図9に温度分布を、図10に熱流束分布を示します。熱流束分布については、設定した境界条件がそのまま反映されています。

図9　温度分布［クリックで拡大］

図10　熱流束分布［クリックで拡大］