熱伝達率 — CAE用語解説

その通り、対流熱伝達係数 h の別名で、単位は W/(m²・K) だ。ニュートンの冷却法則 q = h(T_w - T_∞) で使われる値で、壁面と周囲流体の温度差1Kあたりの熱流束を表している。h は流体の種類、流速、物体形状で大きく変わるんだ。

空気の自然対流だと5～25 W/(m²・K)、強制対流で25～250くらい。水の強制対流になると数百～数千、沸騰になると10,000以上にもなる。桁が違うから、冷却方式を変えるだけで温度が劇的に変わるんだよ。

一番多いのは、h を面全体で一律に与えてしまうこと。実際にはヒートシンクのフィン先端と根元で風速が違うから h も変わるし、基板の上面と下面でも対流条件が違う。面ごとに適切な h を設定しないと温度分布がずれるんだ。

CFDで流れを解いて壁面の h 分布をマッピングするか、ヌセルト数の経験式 Nu = f(Re, Pr) を面領域ごとに適用する方法があるよ。実測データと突き合わせて h を校正するのが一番確実だけどね。

この3つは h を理解するために必須だよ。

• ニュートンの冷却法則 ― h の定義式そのもの
• ヌセルト数 ― h を無次元化した指標。経験式で求めるときに使う
• 強制対流 ― ファンやポンプで風速を上げて h を大きくする冷却方式

面を分けるだけで結果が大きく改善するケースは多いから、まずそこから試してみよう。