(57)【要約】【課題】冷却液の沸騰による放熱量の示す補正量で境界条件を補正した熱流れ解析を行うことによって、部材の概略的な冷却状態を予測する。【解決手段】コンピュータ１は、テストピースを用いた実際の沸騰実験の結果に基づいて算出された放熱量ｑｔｅから、テストピースの周囲における冷却液を非沸騰とした熱流れ解析によって算出された放熱量ｑｔｓを差し引くことによって、冷却液の沸騰による放熱量を示す補正量αｔｒを算出するとともに、部材の表面における境界条件を補正量αｔｒによって補正して熱流れ解析を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱流れ解析方法において、
コンピュータが、第１の部材を用いた実際の沸騰実験の結果に基づいて算出された放熱量から、前記第１の部材の周囲における冷却液を非沸騰とした熱流れ解析によって算出された放熱量を差し引くことによって、前記冷却液の沸騰による放熱量を示す補正量を算出する第１のステップと、
コンピュータが、第２の部材の表面における境界条件を前記補正量によって補正して熱流れ解析を行う第２のステップと
を有することを特徴とする熱流れ解析方法。
【請求項２】
前記第１のステップにおいて、コンピュータは、前記沸騰実験の結果に基づいて、前記第１の部材の表面温度と前記冷却液の温度との差から、当該放熱量を算出するための第１の熱伝達率を算出し、前記熱流れ解析に基づいて第２の熱伝達率を算出するとともに、前記第１の熱伝達率および前記第２の熱伝達率に基づいて前記補正量を算出することを特徴とする請求項１に記載された熱流れ解析方法。
【請求項３】
前記第２の部材は、前記第１の部材とは異なる部材であるとともに、前記第１の部材の温度は、位置に拘わらず均一であることを特徴とする請求項１または２に記載された熱流れ解析方法。
【請求項４】
前記第２の部材は、前記第１の部材と同じ部材であることを特徴とする請求項１または２に記載された熱流れ解析方法。
【請求項５】
前記第２のステップは、
コンピュータが、非沸騰とした熱流れ解析によって前記第２の部材からの放熱量を算出するステップと、
コンピュータが、前記補正量に基づいて、前記算出された第２の部材からの放熱量を補正するステップと
を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載された熱流れ解析方法。
【請求項６】
前記第２のステップは、コンピュータが、前記第２の部材を表現した部材メッシュの表面に位置する表面メッシュにおける境界条件を前記補正量で補正して熱流れ解析を行うステップであり、
前記表面メッシュの全てが、前記第２の部材の表面から内部に向かう方向の厚さにおいて、一定の厚さに設定されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載された熱流れ解析方法。
【請求項７】
前記表面メッシュが、前記第２の部材の内部に位置するメッシュより薄く設定されることを特徴とする請求項６に記載された熱流れ解析方法。
【請求項８】
前記表面メッシュのそれぞれは、複数層設定されることを特徴とする請求項７に記載された熱流れ解析方法。
【請求項９】
熱流れ解析システムにおいて、
第１の部材を用いた実際の沸騰実験の結果を記録する記録装置と、
前記沸騰実験の結果に基づいて算出された放熱量から、前記第１の部材の周囲における冷却液を非沸騰とした熱流れ解析によって算出された放熱量を差し引くことによって、前記冷却液の沸騰による放熱量を示す補正量を算出するとともに、第２の部材の表面における境界条件を前記補正量によって補正して熱流れ解析を行うコンピュータと
を有することを特徴とする熱流れ解析システム。
【請求項１０】
前記コンピュータは、前記沸騰実験の結果に基づいて、前記第１の部材の表面温度と前記冷却液の温度との差から、当該放熱量を算出するための第１の熱伝達率を算出し、前記熱流れ解析に基づいて第２の熱伝達率を算出するとともに、前記第１の熱伝達率および前記第２の熱伝達率に基づいて前記補正量を算出することを特徴とする請求項９に記載された熱流れ解析システム。
【請求項１１】
前記コンピュータは、非沸騰とした熱流れ解析によって前記第２の部材からの放熱量を算出するとともに、前記補正量に基づいて、前記算出された第２の部材からの放熱量を補正することを特徴とする請求項９または１０に記載された熱流れ解析システム。
【請求項１２】
前記コンピュータは、前記第２の部材を表現した部材メッシュの表面に位置する表面メッシュにおける境界条件を前記補正量で補正した熱流れ解析を行い、
前記表面メッシュの全てが、前記第２の部材の表面から内部に向かう方向の厚さにおいて、前記第２の部材の内部に位置するメッシュより薄く、かつ、一定の厚さに設定されることを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載された熱流れ解析システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱流れ解析方法および熱流れ解析システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ベアリングやギヤのような焼き入れを行う必要がある部材について、焼き入れ中の部材の冷却状態を予測するために、部材の周囲の冷却液を対象とした熱流れ解析が行われている。このような熱流れ解析の手法として、２相流熱流れ解析および熱伝導解析が提案されている。２相流熱流れ解析は、冷却される部材の表面付近に気相（気泡）および液相を想定し、この２相流内における部材の冷却状態を解析する手法である。一方、熱伝導解析では、部材の周囲の２相流内を想定するために、冷却される部材の表面における熱伝達率が、部材の形状、冷却液中における部材の姿勢などの冷却条件に基づいて修正される。この熱伝導解析として、例えば、非特許文献１には、焼き入れされる部材の変形を解析する手法が開示されている。
【０００３】
【非特許文献１】
市谷  克実，「焼き入れ変形に及ぼす冷却過程の影響」，第３回熱処理技術セミナー，２００２年１１月，ｐ．７−１〜７−５
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術では、冷却される部材の形状や冷却液の状態などによっては、部材の冷却状態の予測が困難になることがある。具体的には、２相流熱流れ解析では、冷却液における２相流を想定しているために、解析が複雑になるとともに、部材の表面から気泡がランダムに発生するような沸騰形態に適用するのは困難である。一方、熱伝導解析では、部材の表面における熱伝達率を修正するのに、高度なノウハウおよび多くの工数が必要となる。
【０００５】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却液の沸騰による放熱量で境界条件を補正した熱流れ解析を行うことによって、部材の概略的な冷却状態を予測することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、第１の発明は、熱流れ解析方法を提供する。この熱流れ解析方法は、コンピュータが、第１の部材を用いた実際の沸騰実験の結果に基づいて算出された放熱量から、第１の部材の周囲における冷却液を非沸騰とした熱流れ解析によって算出された放熱量を差し引くことによって、冷却液の沸騰による放熱量を示す補正量を算出する第１のステップと、第２の部材の表面における境界条件を補正量によって補正して熱流れ解析を行う第２のステップとを有する。
【０００７】
ここで、第１の発明において、第１のステップでは、コンピュータが、沸騰実験の結果に基づいて、第１の部材の表面温度と冷却液の温度との差から、放熱量を算出するための第１の熱伝達率を算出し、熱流れ解析に基づいて第２の熱伝達率を算出するとともに、第１の熱伝達率および第２の熱伝達率に基づいて補正量を算出することが好ましい。また、第２の部材は、第１の部材とは異なる部材であるとともに、第１の部材の温度は、位置に拘わらず均一であることが好ましい。
【０００８】
また、第１の発明において、第２のステップは、コンピュータが、非沸騰とした熱流れ解析によって第２の部材からの放熱量を算出するステップと、コンピュータが、補正量に基づいて、算出された第２の部材からの放熱量を補正するステップとを有することが好ましい。
【０００９】
また、第１の発明において、第２のステップは、コンピュータが、第２の部材を表現した部材メッシュの表面に位置する表面メッシュにおける境界条件を補正量で補正して熱流れ解析を行うステップであり、表面メッシュの全てが、第２の部材の表面から内部に向かう方向の厚さにおいて、一定の厚さに設定されることが好ましい。ここで、表面メッシュが、第２の部材の内部に位置するメッシュより薄く設定されることが好ましい。さらに、表面メッシュのそれぞれは、複数層設定されることが好ましい。
【００１０】
第２の発明は、熱流れ解析システムを提供する。この熱流れ解析システムは、第１の部材を用いた実際の沸騰実験の結果を記録する記録装置と、沸騰実験の結果に基づいて算出された放熱量から、第１の部材の周囲における冷却液を非沸騰とした熱流れ解析によって算出された放熱量を差し引くことによって、冷却液の沸騰による放熱量を示す補正量を算出するとともに、第２の部材の表面における境界条件を補正量によって補正して熱流れ解析を行うコンピュータとを有する。
【００１１】
ここで、第２の発明において、コンピュータは、沸騰実験の結果に基づいて、第１の部材の表面温度と冷却液の温度との差から、放熱量を算出するための第１の熱伝達率を算出し、熱流れ解析に基づいて第２の熱伝達率を算出するとともに、第１の熱伝達率および第２の熱伝達率に基づいて補正量を算出することが好ましい。また、コンピュータは、非沸騰とした熱流れ解析によって第２の部材からの放熱量を算出するとともに、補正量に基づいて、算出された第２の部材からの放熱量を補正することが好ましい。
【００１２】
また、第２の発明において、コンピュータは、第２の部材を表現した部材メッシュの表面に位置する表面メッシュにおける境界条件を補正量で補正した熱流れ解析を行い、表面メッシュの全てが、第２の部材の表面から内部に向かう方向の厚さにおいて、第２の部材の内部に位置するメッシュより薄く、かつ、一定の厚さに設定されることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる熱流れ解析システムの構成図である。本実施形態の特徴の一つは、ある部材について冷却液の沸騰を考慮した熱流れ解析を行うために、この部材とは異なる部材（テストピース）を用いて、冷却液の沸騰による放熱量を示す補正量を算出する点である。このシステムは、コンピュータ１、キーボードやマウス等の入力装置２、ＣＲＴや液晶ディスプレイ等の表示装置３および磁気ディスク等の記録装置４で構成されている。コンピュータ１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等で構成されており、熱流れ解析用の解析メッシュを生成する。オペレータは、表示装置３に表示された情報に基づき、入力装置２を操作して、メッシュ要素（セル）やメッシュ領域の指定、或いは数値の入力等を行う。記録装置４には、テストピースメッシュ、部材メッシュ、冷却液メッシュおよび解析結果等に関するデータが記録される。
【００１４】
また、記録装置４には、テストピースを用いた実際の沸騰実験の結果として、テストピースの表面温度が時系列的に記録される。この沸騰実験では、高温状態のテストピースを所定の温度（例えば、８０℃）に設定した冷却液内で所定の期間保持することによって、冷却されるテストピースの内部の温度が時系列的に測定される。テストピースの内部温度を測定する理由は、沸騰する冷却液中におけるテストピースの表面温度の測定が困難だからである。しかしながら、本実施形態では、熱伝導率の高い材質（例えば、銀）のテストピースを用いているので、その表面温度と内部温度とが同じであると見なすことができる。換言すれば、テストピースの温度を位置に拘わらず均一にすることができ、冷却液の沸騰状態が正確に把握される。また、テストピースの温度を均一にするために、表面温度と内部温度との温度差を無視できる程度の大きさのテストピース（小さなテストピース）を用いてもよい。このように測定されたテストピースの表面温度は、実験開始から実験終了までにおいて、経過時間に対応付けられて記録装置４に記録される。
【００１５】
図２は、テストピースを用いた沸騰実験の結果を示す図である。同図において、横軸は実験開始からの経過時間、縦軸はテストピースの表面温度である。冷却液に冷却されるテストピースの表面温度は、同図に示したように、ある期間において大きく低下する。また、このように大きく低下した後において、表面温度の低下は、この期間前のそれより緩やかになる。このように表面温度の低下量が変化するのは、テストピースの表面温度によって、その周囲における冷却液の状態（沸騰の有無または沸騰の形態）が異なるからである。そして、このような冷却液の状態の違いによって、テストピースの表面と冷却液との間の伝熱状態が変化し、テストピースの冷却状態も変化する。ここで、テストピースの冷却状態とは、テストピース内部における温度の変化や熱の移動の様子をいう。
【００１６】
図３は、部材の熱流れ解析の手順を示すフローチャートである。まず、ステップ１において、コンピュータ１は、時系列的に記録されたテストピースの表面温度に基づいて、テストピースの表面からの放熱量ｑｔｅ（熱流束）を算出する。この放熱量ｑｔｅは、テストピースの表面の単位面積を通って単位時間にテストピースから冷却液に移動する熱量であり、本実施形態では、単位時間におけるテストピースの表面温度の低下に基づいて算出される。この単位時間の表面温度の低下は、あるタイミングにおける表面温度と、そのタイミングから単位時間が経過した後の表面温度との差として算出される。なお、放熱量ｑｔｅを算出するために用いた表面温度が時系列的に記録されているので、放熱量ｑｔｅも時系列的に算出することができる。すなわち、放熱量ｑｔｅは、実験開始時から実験終了時までの範囲において時系列的に算出される。また、経過時間と表面温度とが対応付けられて記録されているので、放熱量ｑｔｅは、実験開始時から実験終了時までの表面温度の範囲において、表面温度に対応した値として算出される。
【００１７】
なお、このステップ１では、表面温度に対応して算出されたテストピースからの放熱量ｑｔｅに基づいて、テストピースの表面における熱伝達率αｔｅが算出される。この熱伝達率αｔｅは、単位面積、単位時間、単位温度差当たりにテストピースから冷却液へ放熱される熱量を意味する。また、熱伝達率αｔｅは、テストピースの表面温度Ｔｔｅと、テストピースから十分離れた位置の冷却液の温度Ｔｌとの差から放熱量ｑｔｅを算出するための比例定数である（ｑｔｅ＝αｔｅ×（Ｔｔｅ−Ｔｌ））。このため、熱伝達率αｔｅは、下式に基づいて算出される。なお、上述したように、放熱量ｑｔｅが沸騰実験の開始時の表面温度Ｔｔｅから終了時の表面温度Ｔｔｅまでの範囲において算出されるため、熱伝達率αｔｅもこの範囲において算出される。
【数１】
αｔｅ＝ｑｔｅ／（Ｔｔｅ−Ｔｌ）
【００１８】
図４は、表面温度と熱伝達率との関係の説明図である。同図において、横軸は表面温度、縦軸は熱伝達率である。数式１により算出されたテストピースの表面温度Ｔｔｅと熱伝達率αｔｅとは、同図の実線に示したような関係を有する。この伝達率αｔｅは、同図に示したように、３つの点において傾きが大きく変化する。これらの３点は、温度の高い方から、極小熱流束点、限界熱流束点、沸騰点である。冷却液の状態は、これらの点によって、表面温度の高い方から、膜沸騰領域、遷移沸騰領域、核沸騰領域および自然対流領域の４つの領域に分けられる。テストピースを冷却液で冷却すると、テストピースの周囲の冷却液の状態は、同図の右から左にシフトする。
【００１９】
まず、表面温度Ｔｔｅが極小熱流束点以上の場合には、膜沸騰領域となり、テストピースの表面から多量の気泡が発生し、その表面に気泡の膜が形成される（図５（ａ）参照）。この領域では、気泡によって冷却液は大きく対流するが、テストピースの表面が気膜によって覆われるために、テストピースの表面は冷却液に接触しない。このため、熱伝達率αｔｅは、表面温度Ｔｔｅの上昇に比例して高くなるものの、それほど高くない。つぎに、表面温度Ｔｔｅが極小熱流束点より低く限界熱流束点以上の場合には、遷移沸騰領域となり、冷却液は膜沸騰領域と後述する核沸騰領域との両方が混合したような沸騰状態となる。この領域では、表面温度Ｔｔｅが限界熱流束点に近づくにしたがって、熱伝達率αｔｅは高くなる。そして、表面温度Ｔｔｅが限界熱流束点より低く沸騰点以上の場合には、核沸騰領域となり、ランダムに発生した気泡によって冷却液が大きく対流する（図５（ｂ）参照）。この領域では、膜沸騰領域のように気膜が形成されず、気泡によって冷却液が大きく対流するので、その撹拌効果によって熱伝達率αｔｅは高くなる。この領域において、熱伝達率αｔｅは、限界熱流束点を最高として、沸騰点に近づくにしたがって低くなる。最後に、表面温度Ｔｔｅが沸騰点より低い場合には、自然対流領域となり、気泡は発生しなくなる（図５（ｃ）参照）。この領域では、テストピースの表面で熱せられた冷却液は密度の変化によって自然対流を起こし、この自然対流によってテストピースが冷却される。
【００２０】
つぎに、ステップ２では、非沸騰とした熱流れ解析によって、テストピースの表面における熱伝達率αｔｓが算出される。ここで、「非沸騰」とは、冷却液の沸騰を無視した状態、換言すれば、冷却液が沸騰しないと仮定した状態をいう。本実施形態における熱流れ解析では、非定常非圧縮性流れ場とした冷却液の熱流れ解析が、テストピースの内部における熱伝導解析とリンクして実行される。このような熱流れ解析を行うために、このステップ２では、冷却液をメッシュで表現した冷却液メッシュが用いられる。また、この熱流れ解析では、冷却液の沸騰を無視し、冷却液の密度を温度の関数とすることによって、冷却液の浮力による自然対流が想定されている。なお、この熱流れ解析として、気泡を考慮した２相流体解析を実施してもよい。ただし、２相流体解析の場合、テストピースの表面から発生する気泡が上昇できず、その表面に留まってしまう形状（例えば、下向きに凹状）のテストピースを用いた解析を行うことはできない。このような熱流れ解析の解析自体は、周知なものであるので、ここでの説明は省略する。
【００２１】
ステップ２における熱流れ解析によって、上述した沸騰実験と同様に、テストピースの表面温度Ｔｔｓが時系列的に算出されるとともに、テストピースの表面からの放熱量ｑｔｓが算出される。あるいは、定常解析によって、テストピースの表面温度Ｔｔｓに対する放熱量ｑｔｓが算出される。そして、テストピースの放熱量ｑｔｓに基づいて、テストピースの表面における熱伝達率αｔｓが算出される。この熱伝達率αｔｓは、数式２に基づいて算出される。この数式２は、上述した数式１と同様の値を算出するものなので、ここでの説明は省略する（後述する数式３についても同様）。なお、この熱伝達率αｔｓも、上述した沸騰実験に基づいて算出された熱伝達率αｔｅと同様に、熱流れ解析の開始時の表面温度から終了時の表面温度までの範囲において算出される。
【数２】
αｔｓ＝ｑｔｓ／（Ｔｔｓ−Ｔｌ）
【００２２】
このように算出されたテストピースの表面温度Ｔｔｓと熱伝達率αｔｓとは、図４の点線に示したような関係を有する。この熱伝達率αｔｓは、非沸騰とした熱流れ解析によって算出されるので、実験結果（同図実線）の熱伝達率αｔｅのように限界熱流束点おける限界点はなく、表面温度Ｔｔｓに比例して高くなる。
【００２３】
ステップ３では、沸騰実験の結果と、非沸騰とした熱流れ解析とに基づいて、冷却液の沸騰による放熱量を示す補正量αｔｒが算出される。具体的には、この補正量αｔｒは、沸騰実験の結果により算出された熱伝達率αｔｅから、非沸騰とした熱流れ解析により算出された熱伝達率αｔｓを差し引くことにより算出される（αｔｒ＝αｔｅ−αｔｓ）。したがって、この補正量αｔｒは、図４に示したように、沸騰実験による熱伝達率αｔｅを示した実線と、非沸騰とした熱流れ解析による熱伝達率αｔｓを示した点線との間の斜線の領域として表される。このようにテストピースを用いて算出した補正量αｔｒは、冷却液の沸騰による放熱量を示す補正量なので、このテストピース以外の部材にも適用することができる。
【００２４】
ステップ４において、コンピュータ１は、部材の表面における境界条件を補正量αｔｒによって補正して、部材の熱流れ解析を行う。図６は、この部材（ベアリングレース）の形状を２次元軸対象モデルとして示す図である。このような形状の内部に温度分布を有する部材を用いた熱流れ解析を行うために、部材をメッシュで表現した部材メッシュと、冷却液をメッシュで表現した冷却液メッシュとの重合メッシュが用いられる。図７は、図６に示したＡの部位における部材メッシュの一例を示す図である。この部材メッシュは、部材メッシュの表面に位置する表面メッシュ（同図の斜線領域）と、部材メッシュの内部に位置する内部メッシュから構成されている。図７に示したように、この部材メッシュの周囲には、冷却液メッシュが配置されている。このステップ４では、まず、コンピュータ１が、周知の熱流れ解析の関数に基づいて部材の熱伝達率αｐｓを算出するとともに、これに補正量αｔｒを加えることによって、補正熱伝達率αｐｓ’を算出する（αｐｓ’＝αｐｓ＋αｔｒ）。そして、部材の熱流れ解析における表面メッシュの境界条件が、補正量αｔｒで補正された補正熱伝達率αｐｓ’に設定される（換言すれば、補正量αｔｒによって補正される）。具体的には、この補正熱伝達率αｐｓ’を境界条件に設定するために、まず、部材表面の単位面積当たりからの放熱量ｑｐｓ’が、下式に基づいて算出される。
【数３】
ｑｐｓ’＝αｐｓ’（Ｔｐｓ−Ｔｌ）
【００２５】
そして、このように算出された放熱量ｑｐｓ’は、下式に基づいて、単位体積当たりの放熱量ｑｐｐｖに変換される。ここで、Ａは、ある表面メッシュにおいて冷却液のメッシュに接する面の面積であり、Ｖは、そのメッシュの体積である。
【数４】
ｑｐｐｖ＝（ｑｐｓ’×Ａ）／Ｖ
【００２６】
このように算出される単位体積当たりの放熱量ｑｐｐｖが、部材メッシュを構成する表面メッシュ毎に算出される。そして、それぞれの表面メッシュに関して算出された単位体積当たりの放熱量ｑｐｐｖが、それぞれの表面メッシュの境界条件として設定される。最後に、コンピュータ１は、表面メッシュ毎に放熱量ｑｐｐｖが設定された部材メッシュを用いて、部材の表面における境界条件を補正した熱流れ解析を行う。
【００２７】
このように、本実施形態によれば、テストピースを用いて算出した補正量αｔｒで境界条件を補正した熱流れ解析を行うことによって、部材の冷却状態を効率的に予測することができる。すなわち、内部温度が位置に拘わらず均一であるとしたテストピースを用いることによって、内部に温度分布を有する部材よりも、正確な表面温度を簡単に算出することができる。このように算出された表面温度Ｔｔｅを用いて算出した熱伝達率αｔｅから、熱流れ解析により算出された熱伝達率αｔｓを差し引くことによって補正量αｔｒが算出される。そして、この補正量αｔｒによって補正された境界条件では、冷却液の沸騰による放熱量が概略的に表現されており、このような境界条件に設定された熱流れ解析を行うことによって、部材の概略的な冷却状態を予測することができる。図８は、部材を用いた実際の沸騰実験、および、沸騰を考慮した熱流れ解析の結果の説明図である。同図において、横軸は実験および解析の開始からの経過時間、縦軸は部材の内部における測定点（図５参照）の温度である。図８に示したように、冷却液の沸騰を考慮した熱流れ解析によって算出された部材の内部温度は、沸騰実験のそれと近い値となり、部材の冷却状態が精度よく予測されていることが分かる。
【００２８】
また、従来の熱流れ解析による手法と比較しても、沸騰を考慮した熱流れ解析を効率的に行うことができる。すなわち、２相流熱流れ解析と比較して、気泡がランダムに発生する領域（具体的には、核沸騰領域および遷移沸騰領域）についても解析を行うことができるとともに、２相流を想定する必要がないので、解析を簡単に行うことができる。また、熱伝導解析と比較して、高度なノウハウがなくても解析を行うことができ、部材の表面における熱伝達率の修正にかかる工数を削減できる。
【００２９】
さらに、本実施形態では、テストピースを用いた沸騰実験の結果に基づいて、熱伝達率αｔｅが算出される。このように算出された熱伝達率αｔｅは、テストピースの表面温度Ｔｔｓと冷却液の温度Ｔｌとの差から放熱量ｑｔｅを算出するための比例定数である。換言すれば、熱伝達率αｔｅを算出することによって、放熱量ｑｔｅは、表面温度Ｔｔｓと冷却液の温度Ｔｌとを変数とした関数によって算出することができる。これにより、この放熱量ｑｔｅは、冷却液の温度Ｔｌを別の値に設定した場合でも、沸騰実験を改めて行わなくても、熱伝達率αｔｅを用いて算出することができる。したがって、部材の熱流れ解析における冷却液の温度Ｔｌに拘わらず、熱伝達率として算出された補正量αｔｒを用いて、部材の熱流れ解析の境界条件を補正することができる。すなわち、テストピースを用いた沸騰実験における冷却液の温度Ｔｌと、部材を用いた熱流れ解析における冷却液の温度Ｔｌと同一に設定しなくても、この補正量αｔｒを、部材を用いた熱流れ解析に適用することができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、部材とは異なるテストピースを用いた沸騰実験を行った。しかしながら、本発明はこれに限定されず、部材そのものを用いた熱沸騰実験を行ってもよい。この場合でも、その沸騰実験の結果と、部材の熱流れ解析とに基づいて、冷却液の沸騰による放熱量を示す補正量を算出することができる。そして、この補正量によって境界条件を補正することによって、冷却液の温度を適宜に設定して、部材に関する熱流れ解析を行うことができる。
【００３１】
（第２の実施形態）
図９は、第２の実施形態にかかる部材メッシュの一例を示す図である。本実施形態では、全ての表面メッシュが、部材の表面から内部に向かう方向の厚さにおいて、内部メッシュより薄く、かつ、一定の厚さに設定されている。なお、この第２の実施形態において、第１の実施形態で説明した構成要素と同じ要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３２】
本実施形態では、表面メッシュが一定の厚さで薄く設定されているために、ある１つの表面メッシュで算出された単位体積当たりの放熱量ｑｐｐｖを、全ての表面メッシュの境界条件として設定することができる。したがって、部材メッシュの表面の全ての表面メッシュに設定される放熱量ｑｐｐｖを算出するために、１つの表面メッシュの放熱量ｑｐｐｖを算出すればよいので、熱流れ解析を効率的に行うことができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、部材メッシュの表面に１層の表面メッシュを設定する例について説明した。しかしながら、解析の安定化の観点から、部材メッシュの表面に複数層の表面メッシュを設定してもよい。例えば、図１０は、第２の実施形態にかかる部材メッシュの変形例を示す図である。同図に示したそれぞれの表面メッシュは、３層設定されている。
【００３４】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、冷却液の沸騰による放熱量の示す補正量で境界条件を補正した熱流れ解析を行うことによって、部材の概略的な冷却状態を予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱流れ解析システムの構成図
【図２】テストピースを用いた沸騰実験の結果を示す図
【図３】部材の熱流れ解析の手順を示すフローチャート
【図４】表面温度と熱伝達率との関係の説明図
【図５】冷却液の沸騰状態の説明図
【図６】部材の形状を示す図
【図７】第１の実施形態にかかる部材メッシュの一例を示す図
【図８】実際の沸騰実験および沸騰を考慮した熱流れ解析の結果の説明図
【図９】第２の実施形態にかかる部材メッシュの一例を示す図
【図１０】第２の実施形態にかかる部材メッシュの変形例を示す図
【符号の説明】
１      コンピュータ
２      入力装置
３      表示装置
４      記録装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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