拡大伝熱面の総合評価 — 先端トピック

多目的最適化でPareto最適解を求める。目的関数は

• $f_1$: 熱抵抗 $R_{\text{hs}}$ → 最小化
• $f_2$: 圧力損失 $\Delta P$ → 最小化
• $f_3$: 重量 $W$ → 最小化

NSGA-IIなどの遺伝的アルゴリズムで探索する。Ansys optiSLangやmodeFRONTIERと連携して自動化できる。

その通り。トレードオフの可視化が重要で、設計者が重み付けを決める。車載なら重量重視、サーバなら熱抵抗重視になる。

アディティブマニュファクチャリングの普及で、フィン形状の自由度が飛躍的に高まった。TPMS（三重周期極小曲面）構造やラティス構造のフィンが研究されている。

ただし圧力損失も大きいので、ファン能力とのバランスが重要だ。性能指標としてCOP（成績係数）= $Q/(\Delta P \cdot \dot{V})$ で比較するのが公平だ。

ヒートパイプやベイパーチェンバーと組み合わせたフィン構造も発展している。ベイパーチェンバー上にフィンを配置すると、スプレッディング抵抗が劇的に低減される。

有効熱伝導率が銅の10〜100倍に相当する。フィンベースの温度均一性が向上し、全面効率 $\eta_o$ が改善される。5G基地局やゲーミングPCで実用化が進んでいる。