フィン周囲流れ場に着目したサーフェスクーラの放熱特性に関する数値解析

摘要

近年大出力化が進行した航空機用エンジンでは，軸受けやギア等で大量の熱が発生している。航空機用エンジンの潤滑油はその熱を受け取り，熱交換器で冷却された後，再び各要素に供給される。潤滑油を冷却する熱交換器の中の一つにエンジンのバイパス流を利用するサーフェスクーラと呼ばれる熱交換器がある。これはバイパスダクトを形成する壁面上に設置されており，ファン空気側に放熱フィンを有するヒートシンクである。サーフェスクーラの放熱フィンの設計の際には，伝熱量と圧力損失を考慮する必要があるが，その設計指針はいまだ経験に基づくところが大きい。従来のサーフェスクーラはファンケースの内側に設置されてきたが，バイパス比の増大や更なる軽量化を目的として設置位置変更などが計画され，より放熱性能の高いクーラが求められる状況にある。サーフェスクーラのような平板フィンを有するヒートシンクに関する研究は数多く行われており，実験式および理論式は数多く提唱されている。しかし多くの研究は電子部品用のヒートシンクを対象としているため，自然対流熱伝達や共存対流熱伝達を考慮した研究が多く，強制対流熱伝達についても流速がたかだか10m/sの系が対象である。これに対し，本研究で対象とするサーフェスクーラの放熱フィン周辺の流速は150m/sほどでありこの流速での研究例はほとhど見られない。そのため，現在低レイノルズ数環境でのヒートシンクで用いられている実験式を適用することが可能であるかさえ不明な状況である。このような状況から，本研究ではーフェスクーラの放熱フィン間の流れ場を数値的に調べることにより，放熱フィン間の流れ場がサーフェスクーラの放熱特性に及ぼす影響を明らかにし，その上で，放熱フィン形状を変化させた際に生じる流れ場の変化が放熱特性にどのような影響を与えるのかを明らかにすることを目的としている。