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ホーム > 熱設計トレーニング > 【基礎編】2.1 自然対流熱伝達(3)水平平板

基礎編2. 対流2.1 自然対流熱伝達(3)水平平板

このトレーニングで学ぶこと

今回も自然対流熱伝達について取り上げます。
 例えば、下図に示すように筐体中に水平に設置されたプリント基板や、フィンが水平に並べられたヒートシンクなど、機器の中に発熱体が水平に設置されている場合があります。
 このように水平に設置された平板が自然対流で冷却されている場合、
 ・水平平板の上側と下側では冷却効果はどの程度違うのでしょうか?
 ・水平平板が2枚平行に並べられている場合は,1枚の場合と冷却効果が変化するのでしょうか?
 考えてみましょう。

問題1初級
風が吹いていない空気中において、厚さ 5mm で一辺の長さが 200mm の正方形の銅板が水平に設置され、20W で発熱しています。
 平板の温度はどれが最も低いでしょうか?
  • (a) 上面からの放熱
  • (b) 下面からの放熱
  • (c) (a)(b)ともに同じ温度になる
※断熱材に囲まれた面からは放熱しないものとします。

上面と下面の空気の流れはどうなるかを
考えてみよう!

解答を見る
答2
答えは (a)です。

FlowDesignerで検証

平板から加熱された空気は温度が高くなり、浮力により上向きの力が働きます。その結果、(a)では上昇気流が平板上に生じ、流速が大きくなるため冷却効果が大きく、平板温度は低くなります。
 しかし、(b)では上向きの流れが平板により遮られ、平板下面の流速が低下するため、冷却効果が小さくなります。また、空気温度が上面に比べ、高くなります。そのため、平板の温度は高くなります。



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問題2初級
ここでは水平平板が2枚の場合について考えます。
風が吹いていない空気中において、厚さ 5mm で一辺の長さが 200mm の正方形の銅板が2枚水平に設置され、それぞれ20Wで発熱しています。
 平板間の間隙が (a) 5mm, (b)10mm, (c) 30mm の場合、上側の平板の温度が最も低いのはどれでしょうか?
 また、下側の平板の温度が最も低いのはどれでしょうか?
※平板の端面は断熱の条件を仮定します。

平板間の空気が流れやすいほど
放熱効果は大きくなるよ!

解答を見る
答3
答えは上側、下側ともに(c) が最も温度が低くなります。

FlowDesignerで検証

水平2平板から加熱された空気は、上面下面それぞれは1枚平板と同じように空気が流れますが、平板間の空気は流れにくくなります。 平板間の空気流量が多くなるほど平板の温度は下がります。平板間の空気は上下の板によって流れが阻害されるため、平板間の隙間が広い(c)が上下板の両方とも温度が下がることになります。



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