強制空冷 — CAE用語解説

強制空冷は電動ファンやブロワーで空気を強制的に流す冷却方式で、自然対流（温度差で密度が変わって空気が自然に動く）と違って流速・流量を設計で制御できる。熱伝達の観点では、Nu数（ヌセルト数）は強制対流では Re（レイノルズ数）と Pr（プラントル数）の関数で、Re が大きいほど熱伝達係数 h が上がる。自然対流のhが5〜25 W/m^2K程度なのに対して、強制空冷では25〜250 W/m^2K まで向上できる。PCのCPUクーラー、サーバーのラックファン、電力変換装置の外部ファン冷却が典型的な用途だ。

実際のファンを回転する羽根ごとモデル化するのは計算コストが高すぎるから、「ファン曲線（P-Q特性）」を使った簡略モデルが使われる。ファン曲線は横軸に流量Q、縦軸に静圧差P_sをプロットしたもので、メーカーが提供するデータシートから読み取れる。CFDのFan Boundary Condition（Ansys FluentのFan Source Model、OpenFOAMのfanPressureJump境界条件）は、このP-Q曲線をコードに入力するだけで流量と圧力の釣り合いを自動的に計算する。実際には「筐体内の抵抗曲線とファン曲線の交点」がシステムの動作点になるから、CFD解析で複数の流量条件を試して最適なファン選定をするのが実務の流れだよ。

• 強制対流
• ヒートシンク
• 電子冷却