熱流束 — CAE用語解説
熱流束
境界条件の設定で「熱流束を与える」ってあったんですけど、温度を指定するのとどう違うんですか？
定義
まず熱流束って何を表しているんですか？
単位面積あたりに流れる熱量のことで、記号は q、単位は W/m² だ。フーリエの法則 q = -k ∂T/∂n から分かるように、温度勾配と熱伝導率で決まるベクトル量だよ。
温度じゃなくて「熱の流れる量」を直接扱うんですね。具体的にはどんな値になるんですか？
例えば最新のハイエンドCPUだと、ダイ面積あたり約100 W/cm²（= 1,000,000 W/m²）にもなる。一方、住宅の壁を通過する熱流束はせいぜい数十 W/m² 程度。桁が全然違うから、対象に応じた感覚を持っておくことが大事だよ。
熱解析における役割
解析で境界条件に温度を指定するのと熱流束を指定するのでは、結果はどう変わるんですか？
温度指定（Dirichlet条件）だと、その面の温度は固定されるから、結果として熱流束が「計算される」。逆に熱流束指定（Neumann条件）だと、熱の入出量が固定されて温度が「計算される」。発熱量は分かってるけど温度は未知、ってケースで熱流束条件を使うんだ。
チップの発熱量は分かるけど温度が知りたい場合は、熱流束を境界条件にするってことですね。
その通り。実務で注意したいのは、面積の取り方だね。TDP 100W のチップでも、ダイ面積で割るか、パッケージ全体の面積で割るかで熱流束の値が全然変わる。どの面に何W/m²を与えるか、物理的な意味を考えて設定しないと温度分布がおかしくなるよ。
関連用語
熱流束に関連するキーワードも教えてもらえますか？
この3つは直結する概念だよ。
境界条件の選び方と面積の取り方、両方気をつけます。ありがとうございます。
熱流束は解析結果のコンター図でも必ずチェックする量だから、単位と方向を意識する癖をつけておくといいよ。
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