JPH1048166A - 熱伝達係数算出装置 - Google Patents
熱伝達係数算出装置Info
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- JPH1048166A JPH1048166A JP8207985A JP20798596A JPH1048166A JP H1048166 A JPH1048166 A JP H1048166A JP 8207985 A JP8207985 A JP 8207985A JP 20798596 A JP20798596 A JP 20798596A JP H1048166 A JPH1048166 A JP H1048166A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 実験的手法と数値計算的手法とを併用して、
構造物とその周辺雰囲気との間の熱伝達係数を算出する
熱伝達係数算出装置に関し、構造物とその周辺空気との
熱交換に係わる熱伝達係数を、構成が簡単で且つ低コス
トで算出し得る熱伝達係数算出装置を提供することを目
的とする。 【解決手段】 単純化した形状の構造物を温度上昇させ
その内部温度と表面温度とをサンプリングする実験測定
部２と、実験測定部２に対して近似した有限要素モデル
を設定し且つ構造物と空気接触している各表面に対して
近似した熱伝達係数を設定して構造物の各節点の温度を
各サンプリング毎に算出し当該実験値と当該算出値との
偏差を縮小すべく熱伝達係数を逐次補正演算する数値計
算部３と、演算された各熱伝達係数を登録する熱伝達係
数データベース５とを備えた。
構造物とその周辺雰囲気との間の熱伝達係数を算出する
熱伝達係数算出装置に関し、構造物とその周辺空気との
熱交換に係わる熱伝達係数を、構成が簡単で且つ低コス
トで算出し得る熱伝達係数算出装置を提供することを目
的とする。 【解決手段】 単純化した形状の構造物を温度上昇させ
その内部温度と表面温度とをサンプリングする実験測定
部２と、実験測定部２に対して近似した有限要素モデル
を設定し且つ構造物と空気接触している各表面に対して
近似した熱伝達係数を設定して構造物の各節点の温度を
各サンプリング毎に算出し当該実験値と当該算出値との
偏差を縮小すべく熱伝達係数を逐次補正演算する数値計
算部３と、演算された各熱伝達係数を登録する熱伝達係
数データベース５とを備えた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱伝達係数算出装
置に関し、特に、実験的手法と数値計算的手法とを併用
して、構造物とその周辺雰囲気との間の熱交換に係わる
熱伝達係数を簡易的に算出するようにした熱伝達係数算
出装置に関する。
置に関し、特に、実験的手法と数値計算的手法とを併用
して、構造物とその周辺雰囲気との間の熱交換に係わる
熱伝達係数を簡易的に算出するようにした熱伝達係数算
出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】構造物の熱伝導状態とその内部温度及び
温度分布を有限要素解析等で代表される数値計算によっ
て予測する場合の、予測精度を向上させるためには熱伝
達係数を的確に設定することが重要である。構造物とそ
の周辺雰囲気との熱交換を決定している熱伝達係数は、
熱伝導率が流体の物質によって決るのに対して更にそこ
に生ずる対流の強さによって大きく変化することが知ら
れている。熱伝達係数の慣用される参考値として、 周辺雰囲気が、静止した空気のときは、１〜２０（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃） 流れている空気のときは、 １０〜２５０（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃） 流れている油のときは、 ５０〜１５００（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃） 流れている水のときは、 ２５０〜５０００（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃） 凝縮中の水蒸気のときは、５０００〜１５０００（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃） 沸騰中の水のときは、 １５００〜４５０００（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃） 等が用いられており、同じ媒体であっても対流の条件に
よっては数値にかなりの開きがある。よって、構造物と
その周辺雰囲気との熱交換を決定する熱伝達係数を、予
め実験で求めたり、実験を併用した数値計算によって求
める方法がとられている。
温度分布を有限要素解析等で代表される数値計算によっ
て予測する場合の、予測精度を向上させるためには熱伝
達係数を的確に設定することが重要である。構造物とそ
の周辺雰囲気との熱交換を決定している熱伝達係数は、
熱伝導率が流体の物質によって決るのに対して更にそこ
に生ずる対流の強さによって大きく変化することが知ら
れている。熱伝達係数の慣用される参考値として、 周辺雰囲気が、静止した空気のときは、１〜２０（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃） 流れている空気のときは、 １０〜２５０（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃） 流れている油のときは、 ５０〜１５００（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃） 流れている水のときは、 ２５０〜５０００（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃） 凝縮中の水蒸気のときは、５０００〜１５０００（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃） 沸騰中の水のときは、 １５００〜４５０００（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃） 等が用いられており、同じ媒体であっても対流の条件に
よっては数値にかなりの開きがある。よって、構造物と
その周辺雰囲気との熱交換を決定する熱伝達係数を、予
め実験で求めたり、実験を併用した数値計算によって求
める方法がとられている。
【０００３】上記の実験を併用した数値計算による熱伝
達係数算出方法が、特開平５−１５１３２４号公報及び
特開平５−３２２８１２号公報に記載されている。前者
においては、第１のステップでＩＣパッケージ等のモデ
ルによる解析形状を入力し且つ要素分割，境界条件等の
数値解析の準備を行い、第２のステップで当該形状の所
要の各表面に対してそれぞれ仮定温度を指定して、第３
のステップで該仮定温度と周囲温度と当該形状の代表長
さにより所定の関係式を用いて熱伝達係数を算出し、第
４のステップで熱伝導解析を行い、第５のステップで解
析結果温度と仮定温度とを比較してその結果が収束判定
基準を満足しない場合は解析結果温度を次の仮定温度と
して収束計算を繰り返し、満足する場合は計算を終了す
るようにしている。そして後者においては、射出成形用
金型の金型内温調配管付近に温度センサを設け、供給媒
体の温度を急激に変化させ、その部分の温度変化を測定
すると同時に金型周りの周辺温度及び供給媒体温度を測
定し、得られた該測定データに基づいて数値解析により
熱伝導解析を行い、その結果が測定データと合わなけれ
ば熱伝達係数を換えて解析を繰り返し、測定データと解
析データとが合うような熱伝達係数を決定するようにし
ている。
達係数算出方法が、特開平５−１５１３２４号公報及び
特開平５−３２２８１２号公報に記載されている。前者
においては、第１のステップでＩＣパッケージ等のモデ
ルによる解析形状を入力し且つ要素分割，境界条件等の
数値解析の準備を行い、第２のステップで当該形状の所
要の各表面に対してそれぞれ仮定温度を指定して、第３
のステップで該仮定温度と周囲温度と当該形状の代表長
さにより所定の関係式を用いて熱伝達係数を算出し、第
４のステップで熱伝導解析を行い、第５のステップで解
析結果温度と仮定温度とを比較してその結果が収束判定
基準を満足しない場合は解析結果温度を次の仮定温度と
して収束計算を繰り返し、満足する場合は計算を終了す
るようにしている。そして後者においては、射出成形用
金型の金型内温調配管付近に温度センサを設け、供給媒
体の温度を急激に変化させ、その部分の温度変化を測定
すると同時に金型周りの周辺温度及び供給媒体温度を測
定し、得られた該測定データに基づいて数値解析により
熱伝導解析を行い、その結果が測定データと合わなけれ
ば熱伝達係数を換えて解析を繰り返し、測定データと解
析データとが合うような熱伝達係数を決定するようにし
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
使用されている実験設備は高価になり、又、数値計算の
精度を向上させるために要素分割数等を大きくすると繰
り返し時間が長くなり且つ計算コストも増加してしま
う。本発明は、構造物とその周辺空気との熱交換に係わ
る熱伝導状態及びその内部温度と温度分布を有限要素解
析等に代表される数値計算で予測する場合の熱伝達係数
を、構成が簡単で且つ計算コストも少なくして算出し得
るようにした熱伝達係数算出装置を提供することを目的
とする。又、熱伝達係数算出用として代表的な形状に単
純化させてなるモデル構造物を用いてその実測値と解析
結果とが、所定の誤差範囲に収束した場合の当該熱伝達
係数をデータベース化することによって、同一実験室環
境により別の複雑な構造物に対しての熱伝導状態とその
内部温度と温度分布との予測を行うときに、このデータ
ベースを参照することで、予測精度の向上を可能にする
ものである。
使用されている実験設備は高価になり、又、数値計算の
精度を向上させるために要素分割数等を大きくすると繰
り返し時間が長くなり且つ計算コストも増加してしま
う。本発明は、構造物とその周辺空気との熱交換に係わ
る熱伝導状態及びその内部温度と温度分布を有限要素解
析等に代表される数値計算で予測する場合の熱伝達係数
を、構成が簡単で且つ計算コストも少なくして算出し得
るようにした熱伝達係数算出装置を提供することを目的
とする。又、熱伝達係数算出用として代表的な形状に単
純化させてなるモデル構造物を用いてその実測値と解析
結果とが、所定の誤差範囲に収束した場合の当該熱伝達
係数をデータベース化することによって、同一実験室環
境により別の複雑な構造物に対しての熱伝導状態とその
内部温度と温度分布との予測を行うときに、このデータ
ベースを参照することで、予測精度の向上を可能にする
ものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的達成のために請
求項１記載の発明は、熱伝達係数算出用として代表的な
形状に単純化させてなるモデル構造物を加熱して温度上
昇させそのときのモデル構造物の内部温度と表面温度と
を温度センサを用いてサンプリングする実験測定部と、
実験測定部に対して近似してなる有限要素モデルを設定
し且つモデル構造物と空気接触してなるその各表面に対
して近似した熱伝達係数を設定してモデル構造物の各節
点の温度を各サンプリング毎に算出し当該実験値を当該
算出値と比較してその偏差を縮小すべく前記設定した熱
伝達係数を逐次補正演算する数値計算部と、前記演算さ
れた各熱伝達係数を登録する熱伝達係数データベースと
を備えたことを特徴とするものである。
求項１記載の発明は、熱伝達係数算出用として代表的な
形状に単純化させてなるモデル構造物を加熱して温度上
昇させそのときのモデル構造物の内部温度と表面温度と
を温度センサを用いてサンプリングする実験測定部と、
実験測定部に対して近似してなる有限要素モデルを設定
し且つモデル構造物と空気接触してなるその各表面に対
して近似した熱伝達係数を設定してモデル構造物の各節
点の温度を各サンプリング毎に算出し当該実験値を当該
算出値と比較してその偏差を縮小すべく前記設定した熱
伝達係数を逐次補正演算する数値計算部と、前記演算さ
れた各熱伝達係数を登録する熱伝達係数データベースと
を備えたことを特徴とするものである。
【０００６】そして請求項２記載の発明は、請求項１記
載のモデル構造物を、ブロック形の構造物本体と、構造
物本体の被測定対象の各表面を周囲の空気と接触させた
状態で構造物本体を支えてなる支持台とで形成したこと
を特徴とするものである。そして請求項３記載の発明
は、請求項１の発明において、インターフェースを介す
る制御信号に基づいて、モデル構造物の各部の温度測定
時間とサンプリング間隔とが設定され、且つ各節点にお
ける各温度の仮定の初期値が当初のサンプリングに対す
る比較対象として設定されると共にサンプリング毎に数
値計算部による各温度の演算結果が次のサンプリングに
対する比較対象として設定されるようにしたことをこと
を特徴とするものである。
載のモデル構造物を、ブロック形の構造物本体と、構造
物本体の被測定対象の各表面を周囲の空気と接触させた
状態で構造物本体を支えてなる支持台とで形成したこと
を特徴とするものである。そして請求項３記載の発明
は、請求項１の発明において、インターフェースを介す
る制御信号に基づいて、モデル構造物の各部の温度測定
時間とサンプリング間隔とが設定され、且つ各節点にお
ける各温度の仮定の初期値が当初のサンプリングに対す
る比較対象として設定されると共にサンプリング毎に数
値計算部による各温度の演算結果が次のサンプリングに
対する比較対象として設定されるようにしたことをこと
を特徴とするものである。
【０００７】そして請求項４記載の発明は、請求項１記
載の数値計算部は、数値計算に基づいて各節点の熱伝達
係数と各温度とを可変設定する熱伝達係数設定部と、熱
伝達係数設定部によって設定された各温度と当該サンプ
リングされた各温度との誤差を算出してこれが所定の誤
差範囲内であるか否かを判定して該判定に基づいて熱伝
達係数設定部に対して前記各節点の熱伝達係数と各温度
とを可変設定させて前記算出を次のサンプリングに対し
て実行せしめ又は該算出を停止せしめて当該熱伝達係数
を熱伝達係数データベースに登録せしめる解析誤差評価
部とを備えてなり、そして前記熱伝達係数設定部は、各
節点における各温度の仮定の初期値として、当初のサン
プリングに対する比較対象として適宜設定可能にし又
は、当該モデル構造物に係わる熱伝達係数として熱伝達
係数データベースに登録されている該当の各熱伝達係数
データを適宜設定可能にしていることを特徴とするもの
である。
載の数値計算部は、数値計算に基づいて各節点の熱伝達
係数と各温度とを可変設定する熱伝達係数設定部と、熱
伝達係数設定部によって設定された各温度と当該サンプ
リングされた各温度との誤差を算出してこれが所定の誤
差範囲内であるか否かを判定して該判定に基づいて熱伝
達係数設定部に対して前記各節点の熱伝達係数と各温度
とを可変設定させて前記算出を次のサンプリングに対し
て実行せしめ又は該算出を停止せしめて当該熱伝達係数
を熱伝達係数データベースに登録せしめる解析誤差評価
部とを備えてなり、そして前記熱伝達係数設定部は、各
節点における各温度の仮定の初期値として、当初のサン
プリングに対する比較対象として適宜設定可能にし又
は、当該モデル構造物に係わる熱伝達係数として熱伝達
係数データベースに登録されている該当の各熱伝達係数
データを適宜設定可能にしていることを特徴とするもの
である。
【０００８】そして請求項５記載の発明は、請求項１記
載の数値計算部は、数値計算に基づいて且つ所定のサン
プリング間隔毎に各節点の熱伝達係数と各温度とを可変
設定する熱伝達係数設定部と、熱伝達係数設定部によっ
て設定された各温度と当該サンプリングされた各温度と
の誤差を算出してこれが所定の誤差範囲内であるか否か
を判定して誤差範囲外のときは熱伝達係数設定部に対し
て前記各節点の熱伝達係数と各温度とを可変設定させて
前記算出を次のサンプリングに対して実行せしめ誤差範
囲内のときは該算出を停止せしめて当該熱伝達係数を熱
伝達係数データベースに登録せしめる解析誤差評価部と
を備えてなることを特徴とするものである。
載の数値計算部は、数値計算に基づいて且つ所定のサン
プリング間隔毎に各節点の熱伝達係数と各温度とを可変
設定する熱伝達係数設定部と、熱伝達係数設定部によっ
て設定された各温度と当該サンプリングされた各温度と
の誤差を算出してこれが所定の誤差範囲内であるか否か
を判定して誤差範囲外のときは熱伝達係数設定部に対し
て前記各節点の熱伝達係数と各温度とを可変設定させて
前記算出を次のサンプリングに対して実行せしめ誤差範
囲内のときは該算出を停止せしめて当該熱伝達係数を熱
伝達係数データベースに登録せしめる解析誤差評価部と
を備えてなることを特徴とするものである。
【０００９】請求項１記載の発明では、実験測定部にお
いては、モデル構造物が温度上昇させられてその内部温
度と表面温度とがサンプリングされる。そして数値計算
部においては、実験測定部に対する有限要素モデルが設
定され且つモデル構造物の各表面に対して近似した熱伝
達係数が設定されてモデル構造物の各節点の温度が各サ
ンプリング毎に算出され、当該実験値と当該算出値とが
比較されて、その偏差を縮小すべく前記設定した熱伝達
係数が逐次補正演算される。そしてその演算された各熱
伝達係数が熱伝達係数データベースに登録される。
いては、モデル構造物が温度上昇させられてその内部温
度と表面温度とがサンプリングされる。そして数値計算
部においては、実験測定部に対する有限要素モデルが設
定され且つモデル構造物の各表面に対して近似した熱伝
達係数が設定されてモデル構造物の各節点の温度が各サ
ンプリング毎に算出され、当該実験値と当該算出値とが
比較されて、その偏差を縮小すべく前記設定した熱伝達
係数が逐次補正演算される。そしてその演算された各熱
伝達係数が熱伝達係数データベースに登録される。
【００１０】そして請求項２記載の発明では、請求項１
記載の実験測定部においては、ブロック形の構造物本体
の内部温度と、該構造物本体における被測定対象の各表
面温度とがサンプリングされる。そして請求項３記載の
発明では、請求項１の発明において、インターフェース
を介する制御信号に基づいて、モデル構造物の各部の温
度測定時間とサンプリング間隔とが設定され、且つ各節
点における各温度の仮定の初期値が当初のサンプリング
に対する比較対象として設定されると共にサンプリング
毎に数値計算部による各温度の演算結果が次のサンプリ
ングに対する比較対象として設定される。
記載の実験測定部においては、ブロック形の構造物本体
の内部温度と、該構造物本体における被測定対象の各表
面温度とがサンプリングされる。そして請求項３記載の
発明では、請求項１の発明において、インターフェース
を介する制御信号に基づいて、モデル構造物の各部の温
度測定時間とサンプリング間隔とが設定され、且つ各節
点における各温度の仮定の初期値が当初のサンプリング
に対する比較対象として設定されると共にサンプリング
毎に数値計算部による各温度の演算結果が次のサンプリ
ングに対する比較対象として設定される。
【００１１】そして請求項４記載の発明では、数値計算
部を構成している熱伝達係数設定部において、数値計算
に基づいて各節点の熱伝達係数と各温度とが可変設定さ
れる。そして解析誤差評価部において、その設定された
各温度と当該サンプリングされた各温度との誤差を算出
してこれが所定の誤差範囲内であるか否かを判定して該
判定に基づいて熱伝達係数設定部に対して前記各節点の
熱伝達係数と各温度とを可変設定させて前記算出を次の
サンプリングに対して実行せしめ又は該算出を停止せし
めて当該熱伝達係数を熱伝達係数データベースに登録せ
しめる。そして前記熱伝達係数設定部は、各節点におけ
る各温度の仮定の初期値として、当初のサンプリングに
対する比較対象として適宜設定し又は、当該モデル構造
物に係わる熱伝達係数として熱伝達係数データベースに
登録されている該当の各熱伝達係数データを適宜設定す
る。
部を構成している熱伝達係数設定部において、数値計算
に基づいて各節点の熱伝達係数と各温度とが可変設定さ
れる。そして解析誤差評価部において、その設定された
各温度と当該サンプリングされた各温度との誤差を算出
してこれが所定の誤差範囲内であるか否かを判定して該
判定に基づいて熱伝達係数設定部に対して前記各節点の
熱伝達係数と各温度とを可変設定させて前記算出を次の
サンプリングに対して実行せしめ又は該算出を停止せし
めて当該熱伝達係数を熱伝達係数データベースに登録せ
しめる。そして前記熱伝達係数設定部は、各節点におけ
る各温度の仮定の初期値として、当初のサンプリングに
対する比較対象として適宜設定し又は、当該モデル構造
物に係わる熱伝達係数として熱伝達係数データベースに
登録されている該当の各熱伝達係数データを適宜設定す
る。
【００１２】そして請求項５記載の発明では、請求項１
記載の数値計算部を構成している熱伝達係数設定部にお
いて、数値計算に基づいて且つ所定のサンプリング間隔
毎に各節点の熱伝達係数と各温度とを可変設定する。そ
して解析誤差評価部において、その設定された各温度と
当該サンプリングされた各温度との誤差を算出してこれ
が所定の誤差範囲内であるか否かを判定して誤差範囲外
のときは熱伝達係数設定部に対して前記各節点の熱伝達
係数と各温度とを可変設定させて前記算出を次のサンプ
リングに対して実行せしめ誤差範囲内のときは該算出を
停止せしめて当該熱伝達係数を熱伝達係数データベース
に登録せしめる。
記載の数値計算部を構成している熱伝達係数設定部にお
いて、数値計算に基づいて且つ所定のサンプリング間隔
毎に各節点の熱伝達係数と各温度とを可変設定する。そ
して解析誤差評価部において、その設定された各温度と
当該サンプリングされた各温度との誤差を算出してこれ
が所定の誤差範囲内であるか否かを判定して誤差範囲外
のときは熱伝達係数設定部に対して前記各節点の熱伝達
係数と各温度とを可変設定させて前記算出を次のサンプ
リングに対して実行せしめ誤差範囲内のときは該算出を
停止せしめて当該熱伝達係数を熱伝達係数データベース
に登録せしめる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について添付図面を参照しつつ説明する。図１は本発
明の実施の形態例を示す熱伝達係数算出装置のブロック
図であり、請求項１の発明に対応させている。図１にお
いて、１は熱伝達係数算出装置である。２は実験測定部
で、熱伝達係数算出用として代表的な形状に単純化させ
てなる後記のモデル構造物を加熱して温度上昇させその
ときのモデル構造物の内部温度と表面温度とを温度セン
サを用いてサンプリングする。３は数値計算部で、後記
するプログラム制御により、実験測定部２に対して近似
してなる有限要素モデルを設定し且つモデル構造物と空
気接触してなるその各表面に対して近似した熱伝達係数
を設定してモデル構造物の各節点の温度を各サンプリン
グ毎に算出し、当該実験値を当該算出値と比較してその
偏差を縮小させるべく前記設定した熱伝達係数を逐次補
正演算する。４は実験測定部２と数値計算部３との間に
介在するインターフェースで、別途外部からの制御信号
を受けて後記するプログラム制御において、モデル構造
物の各部の温度測定時間とサンプリング間隔に係わる制
御信号を送出すると共に、熱伝達係数を演算するために
各節点における各温度の仮定の初期値を当初のサンプリ
ングに対する比較対象として適宜設定せしめると共にサ
ンプリング毎に数値計算部による各温度の演算結果を次
のサンプリングに対する比較対象として設定せしめるべ
く制御信号を送出する。５は熱伝達係数データベース
で、数値計算部３によって演算された各熱伝達係数を登
録する。
態について添付図面を参照しつつ説明する。図１は本発
明の実施の形態例を示す熱伝達係数算出装置のブロック
図であり、請求項１の発明に対応させている。図１にお
いて、１は熱伝達係数算出装置である。２は実験測定部
で、熱伝達係数算出用として代表的な形状に単純化させ
てなる後記のモデル構造物を加熱して温度上昇させその
ときのモデル構造物の内部温度と表面温度とを温度セン
サを用いてサンプリングする。３は数値計算部で、後記
するプログラム制御により、実験測定部２に対して近似
してなる有限要素モデルを設定し且つモデル構造物と空
気接触してなるその各表面に対して近似した熱伝達係数
を設定してモデル構造物の各節点の温度を各サンプリン
グ毎に算出し、当該実験値を当該算出値と比較してその
偏差を縮小させるべく前記設定した熱伝達係数を逐次補
正演算する。４は実験測定部２と数値計算部３との間に
介在するインターフェースで、別途外部からの制御信号
を受けて後記するプログラム制御において、モデル構造
物の各部の温度測定時間とサンプリング間隔に係わる制
御信号を送出すると共に、熱伝達係数を演算するために
各節点における各温度の仮定の初期値を当初のサンプリ
ングに対する比較対象として適宜設定せしめると共にサ
ンプリング毎に数値計算部による各温度の演算結果を次
のサンプリングに対する比較対象として設定せしめるべ
く制御信号を送出する。５は熱伝達係数データベース
で、数値計算部３によって演算された各熱伝達係数を登
録する。
【００１４】図１の構成においては、実験測定部２で
は、モデル構造物がヒータ等によって温度上昇させられ
て、そのときのモデル構造物の内部温度と表面温度とが
実験測定部２によって測定される。そして数値計算部３
では、有限要素モデルと熱伝達係数が設定されてモデル
構造物の各節点の温度が各サンプリング毎に所定の演算
式によって算出され、当該実験値が当該算出値と比較さ
れて、その偏差を縮小すべく前記設定された熱伝達係数
が逐次補正演算される。そして補正演算された結果、上
記の偏差が所定値以下になったときの各熱伝達係数値が
熱伝達係数データベースに登録される。
は、モデル構造物がヒータ等によって温度上昇させられ
て、そのときのモデル構造物の内部温度と表面温度とが
実験測定部２によって測定される。そして数値計算部３
では、有限要素モデルと熱伝達係数が設定されてモデル
構造物の各節点の温度が各サンプリング毎に所定の演算
式によって算出され、当該実験値が当該算出値と比較さ
れて、その偏差を縮小すべく前記設定された熱伝達係数
が逐次補正演算される。そして補正演算された結果、上
記の偏差が所定値以下になったときの各熱伝達係数値が
熱伝達係数データベースに登録される。
【００１５】図１の構成によれば、実験的手法と数値計
算的手法とが併用されて、モデル構造物の実測された内
部温度と表面温度とから各熱伝達係数が簡易的に算出さ
れ、各手法間の各要素の偏差が収束されて各熱伝達係数
の予測精度が向上され、的確な各熱伝達係数を算出し得
る。そして最終設定された各熱伝達係数値が熱伝達係数
データベースに登録されて、同一実験室環境により別の
複雑な構造物に対しての熱伝導状態とその内部温度と温
度分布との予測を行うときに、このデータベースを参照
することで、予測精度の向上を可能にする。
算的手法とが併用されて、モデル構造物の実測された内
部温度と表面温度とから各熱伝達係数が簡易的に算出さ
れ、各手法間の各要素の偏差が収束されて各熱伝達係数
の予測精度が向上され、的確な各熱伝達係数を算出し得
る。そして最終設定された各熱伝達係数値が熱伝達係数
データベースに登録されて、同一実験室環境により別の
複雑な構造物に対しての熱伝導状態とその内部温度と温
度分布との予測を行うときに、このデータベースを参照
することで、予測精度の向上を可能にする。
【００１６】図２は図１における実験測定部２のモデル
構造物の形態を示す図であり、請求項２の発明に対応さ
せている。図２において、６は代表的な形状に単純化さ
せてなるモデル構造物で、ブロック形の構造物本体７
と、該構造物本体７の各表面が周囲の空気と接触できる
ようにして該構造物本体７を支持している支持台８とで
構成されている。９は構造物本体７を宙吊りにして支持
台８に取り付けるようにした支持部材である。
構造物の形態を示す図であり、請求項２の発明に対応さ
せている。図２において、６は代表的な形状に単純化さ
せてなるモデル構造物で、ブロック形の構造物本体７
と、該構造物本体７の各表面が周囲の空気と接触できる
ようにして該構造物本体７を支持している支持台８とで
構成されている。９は構造物本体７を宙吊りにして支持
台８に取り付けるようにした支持部材である。
【００１７】図２の構成によれば、構造物本体７の各表
面が周囲の空気と接触できるようにしているので、構造
物本体７の周囲の空気の対流の影響を考慮した熱伝達係
数を算出するための測定データが的確に得られる。図３
は本発明のプログラム制御を示すブロック図で、請求項
３乃至請求項５の発明に対応させている。図３におい
て、３は図１に示した数値計算部である。10は初期条件
設定部で、インターフェース４を介して一連の演算のた
めの初期条件を設定する。11は熱伝達係数設定部で、仮
定の初期値として、初期条件設定部10による各節点の熱
伝達係数と各温度とを設定し、そして計算部12による数
値計算に基づいて各節点の熱伝達係数と各温度とを可変
設定する。13は解析誤差評価部で、熱伝達係数設定部11
によって設定された各温度と当該サンプリングされた各
温度との誤差を算出して算出された解析誤差が所定の誤
差範囲内であるか否かを判定して、誤差範囲外のときは
熱伝達係数設定部11に対して前記各節点の熱伝達係数と
各温度とを可変設定させて計算部12による算出を次のサ
ンプリングに対して実行せしめ、誤差範囲内のときは該
算出を停止せしめて当該熱伝達係数を熱伝達係数データ
ベース５に登録せしめる。ここで解析誤差Ｅは、解析か
ら求めた表面温度をＴanaとし、実験から求めた表面温
度をＴexpとして次式、 Ｅ＝｛（Ｔana−Ｔexp）／Ｔexp｝×100 により算出される。そして合否判定（誤差評価）基準と
しては、下限と上限の各基準値Ｘ1，Ｘ2を適宜設定して
次式、 Ｘ1≦Ｅ≦Ｘ2 によって誤差評価される。熱伝達係数設定部11は又、当
該モデル構造物６に係わる熱伝達係数として熱伝達係数
データベース５に登録されている該当の各熱伝達係数デ
ータを適宜設定可能にしている。インターフェース４
は、モデル構造物６の各部の温度測定時間とサンプリン
グ間隔とを設定し且つ熱伝達係数を演算するために、各
節点における各温度の仮定の初期値を当初のサンプリン
グに対する比較対象として適宜設定せしめると共に、サ
ンプリング毎に計算部12による各温度の演算結果を次の
サンプリングに対する比較対象として設定せしめるべく
制御信号を送出する。ここで、測定中の各温度の定常状
態（測定終了時）を決定すべく判別するための温度差Δ
Ｔは次式、 ΔＴ＝Σ｜Ｔi−Ｔi-1｜≦Ｅｔ（i＝i−10,i-9,…,i） により算出される。
面が周囲の空気と接触できるようにしているので、構造
物本体７の周囲の空気の対流の影響を考慮した熱伝達係
数を算出するための測定データが的確に得られる。図３
は本発明のプログラム制御を示すブロック図で、請求項
３乃至請求項５の発明に対応させている。図３におい
て、３は図１に示した数値計算部である。10は初期条件
設定部で、インターフェース４を介して一連の演算のた
めの初期条件を設定する。11は熱伝達係数設定部で、仮
定の初期値として、初期条件設定部10による各節点の熱
伝達係数と各温度とを設定し、そして計算部12による数
値計算に基づいて各節点の熱伝達係数と各温度とを可変
設定する。13は解析誤差評価部で、熱伝達係数設定部11
によって設定された各温度と当該サンプリングされた各
温度との誤差を算出して算出された解析誤差が所定の誤
差範囲内であるか否かを判定して、誤差範囲外のときは
熱伝達係数設定部11に対して前記各節点の熱伝達係数と
各温度とを可変設定させて計算部12による算出を次のサ
ンプリングに対して実行せしめ、誤差範囲内のときは該
算出を停止せしめて当該熱伝達係数を熱伝達係数データ
ベース５に登録せしめる。ここで解析誤差Ｅは、解析か
ら求めた表面温度をＴanaとし、実験から求めた表面温
度をＴexpとして次式、 Ｅ＝｛（Ｔana−Ｔexp）／Ｔexp｝×100 により算出される。そして合否判定（誤差評価）基準と
しては、下限と上限の各基準値Ｘ1，Ｘ2を適宜設定して
次式、 Ｘ1≦Ｅ≦Ｘ2 によって誤差評価される。熱伝達係数設定部11は又、当
該モデル構造物６に係わる熱伝達係数として熱伝達係数
データベース５に登録されている該当の各熱伝達係数デ
ータを適宜設定可能にしている。インターフェース４
は、モデル構造物６の各部の温度測定時間とサンプリン
グ間隔とを設定し且つ熱伝達係数を演算するために、各
節点における各温度の仮定の初期値を当初のサンプリン
グに対する比較対象として適宜設定せしめると共に、サ
ンプリング毎に計算部12による各温度の演算結果を次の
サンプリングに対する比較対象として設定せしめるべく
制御信号を送出する。ここで、測定中の各温度の定常状
態（測定終了時）を決定すべく判別するための温度差Δ
Ｔは次式、 ΔＴ＝Σ｜Ｔi−Ｔi-1｜≦Ｅｔ（i＝i−10,i-9,…,i） により算出される。
【００１８】
【実施例】図４は熱伝達係数データベース５に登録され
ているデータ例を示す図である。この実施例によれば、
データベースＮｏ．１には、周辺雰囲気が静止した空気
等に対応させた熱伝達係数の文献値として、１０（ｋｃ
ａｌ・ｈｒ・℃）が登録され、そしてデータベースＮ
ｏ．２には、周辺雰囲気が流れている水等に対応させた
場合の文献値として、２５０（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃）が
登録され、そしてデータベースＮｏ．３には、測定対象
が金型であって媒体が空気の場合の解析された熱伝達係
数として、１２（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃）が登録されてい
る。
ているデータ例を示す図である。この実施例によれば、
データベースＮｏ．１には、周辺雰囲気が静止した空気
等に対応させた熱伝達係数の文献値として、１０（ｋｃ
ａｌ・ｈｒ・℃）が登録され、そしてデータベースＮ
ｏ．２には、周辺雰囲気が流れている水等に対応させた
場合の文献値として、２５０（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃）が
登録され、そしてデータベースＮｏ．３には、測定対象
が金型であって媒体が空気の場合の解析された熱伝達係
数として、１２（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃）が登録されてい
る。
【００１９】データベースＮｏ．を適用条件に応じて選
択してその各数値を熱伝達係数部11に与えることによっ
て、所要の熱伝達係数が迅速且つ適正に解析されること
が期待できる。又、熱伝達係数データベース５には、熱
伝達係数と共に測定対象物，媒体，実験時の室温及び実
験室名等が記載されているので、他の対象物に対しても
実験環境が同等であれば、実験を行わずに熱伝達係数デ
ータベース５内のデータをそのまま利用することも可能
である。
択してその各数値を熱伝達係数部11に与えることによっ
て、所要の熱伝達係数が迅速且つ適正に解析されること
が期待できる。又、熱伝達係数データベース５には、熱
伝達係数と共に測定対象物，媒体，実験時の室温及び実
験室名等が記載されているので、他の対象物に対しても
実験環境が同等であれば、実験を行わずに熱伝達係数デ
ータベース５内のデータをそのまま利用することも可能
である。
【００２０】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、代表的な
形状に単純化させてなるモデル構造物を温度上昇させて
その内部温度と表面温度とをサンプリングする実験測定
部と、実験測定部に対する有限要素モデルを設定し且つ
モデル構造物の各表面に対して近似した熱伝達係数を設
定してモデル構造物の各節点の温度を各サンプリング毎
に算出し当該実験値を当該算出値と比較してその偏差を
縮小すべく前記設定した熱伝達係数を逐次補正演算する
数値計算部と、前記演算された各熱伝達係数を登録する
熱伝達係数データベースとを備えたので、構成が簡単で
あって且つ計算コストも少なくして的確な熱伝達係数が
算出される。そして熱伝達係数データベース内のデータ
を適宜に利用することが可能となり、解析作業の効率化
と低コスト化が図れる。
形状に単純化させてなるモデル構造物を温度上昇させて
その内部温度と表面温度とをサンプリングする実験測定
部と、実験測定部に対する有限要素モデルを設定し且つ
モデル構造物の各表面に対して近似した熱伝達係数を設
定してモデル構造物の各節点の温度を各サンプリング毎
に算出し当該実験値を当該算出値と比較してその偏差を
縮小すべく前記設定した熱伝達係数を逐次補正演算する
数値計算部と、前記演算された各熱伝達係数を登録する
熱伝達係数データベースとを備えたので、構成が簡単で
あって且つ計算コストも少なくして的確な熱伝達係数が
算出される。そして熱伝達係数データベース内のデータ
を適宜に利用することが可能となり、解析作業の効率化
と低コスト化が図れる。
【００２１】そして請求項２記載の発明によれば、モデ
ル構造物として、ブロック形の構造物本体と、構造物本
体の被測定対象の各表面を周囲の空気と接触させた状態
で構造物本体を支えてなる支持台とで形成したので、構
成が簡単で低コストのモデル構造物を実現し得る。そし
て請求項３記載の発明によれば、インターフェースを介
して、モデル構造物の各部の温度測定時間とサンプリン
グ間隔とを設定し且つサンプリング毎に数値計算部によ
る各温度の演算結果を次のサンプリングに対する比較対
象として設定するようにしたので、測定中のモデル構造
物の各温度から定常状態（測定終了時）を決定するため
のデータ不足あるいは過剰なデータの測定が行われるの
を回避し得る。
ル構造物として、ブロック形の構造物本体と、構造物本
体の被測定対象の各表面を周囲の空気と接触させた状態
で構造物本体を支えてなる支持台とで形成したので、構
成が簡単で低コストのモデル構造物を実現し得る。そし
て請求項３記載の発明によれば、インターフェースを介
して、モデル構造物の各部の温度測定時間とサンプリン
グ間隔とを設定し且つサンプリング毎に数値計算部によ
る各温度の演算結果を次のサンプリングに対する比較対
象として設定するようにしたので、測定中のモデル構造
物の各温度から定常状態（測定終了時）を決定するため
のデータ不足あるいは過剰なデータの測定が行われるの
を回避し得る。
【００２２】そして請求項４記載の発明によれば、熱伝
達係数設定部による数値計算に基づいて、各節点の熱伝
達係数と各温度とを可変設定するようにし、解析誤差評
価部によって、その設定された各温度と当該サンプリン
グされた各温度との解析誤差が所定の誤差範囲内である
か否かの該判定に基づいて熱伝達係数設定部に対して前
記各節点の熱伝達係数と各温度とを可変設定させて前記
算出を次のサンプリングに対して実行せしめ又は該算出
を停止せしめて当該熱伝達係数を熱伝達係数データベー
スに登録せしめるようにしたので、算出誤差が設定され
た範囲内に収束するまで熱伝達係数を変更しながら解析
が繰り返され、よって熱伝達係数の精度を向上させるこ
とができる。そして算出された誤差の判断を自動的に行
うことができる。そして又、熱伝達係数データベース内
のデータを適宜に利用することが可能であって、解析作
業の効率化が図れる。
達係数設定部による数値計算に基づいて、各節点の熱伝
達係数と各温度とを可変設定するようにし、解析誤差評
価部によって、その設定された各温度と当該サンプリン
グされた各温度との解析誤差が所定の誤差範囲内である
か否かの該判定に基づいて熱伝達係数設定部に対して前
記各節点の熱伝達係数と各温度とを可変設定させて前記
算出を次のサンプリングに対して実行せしめ又は該算出
を停止せしめて当該熱伝達係数を熱伝達係数データベー
スに登録せしめるようにしたので、算出誤差が設定され
た範囲内に収束するまで熱伝達係数を変更しながら解析
が繰り返され、よって熱伝達係数の精度を向上させるこ
とができる。そして算出された誤差の判断を自動的に行
うことができる。そして又、熱伝達係数データベース内
のデータを適宜に利用することが可能であって、解析作
業の効率化が図れる。
【００２３】そして請求項５記載の発明によれば、熱伝
達係数設定部による数値計算に基づいて、且つ所定のサ
ンプリング間隔毎に各節点の熱伝達係数と各温度とを可
変設定するようにし、解析誤差評価部によって、その設
定された各温度と当該サンプリングされた各温度との解
析誤差が所定の誤差範囲外のときは熱伝達係数設定部に
対して前記各節点の熱伝達係数と各温度とを可変設定さ
せて前記算出を次のサンプリングに対して実行せしめ該
誤差範囲内のときは該算出を停止せしめて当該熱伝達係
数を熱伝達係数データベースに登録せしめるようにした
ので、サンプリング間隔毎に定常状態になる時点まで数
値計算の動作が繰り返されて、時間と温度とに依存する
熱伝達係数が算出可能になる。
達係数設定部による数値計算に基づいて、且つ所定のサ
ンプリング間隔毎に各節点の熱伝達係数と各温度とを可
変設定するようにし、解析誤差評価部によって、その設
定された各温度と当該サンプリングされた各温度との解
析誤差が所定の誤差範囲外のときは熱伝達係数設定部に
対して前記各節点の熱伝達係数と各温度とを可変設定さ
せて前記算出を次のサンプリングに対して実行せしめ該
誤差範囲内のときは該算出を停止せしめて当該熱伝達係
数を熱伝達係数データベースに登録せしめるようにした
ので、サンプリング間隔毎に定常状態になる時点まで数
値計算の動作が繰り返されて、時間と温度とに依存する
熱伝達係数が算出可能になる。
【図１】本発明の実施の形態例を示す熱伝達係数算出装
置のブロック図である。
置のブロック図である。
【図２】図１における実験測定部２のモデル構造物の形
態を示す図である。
態を示す図である。
【図３】本発明のプログラム制御を示すブロック図であ
る。
る。
【図４】熱伝達係数データベースに登録されているデー
タ例を示す図である。
タ例を示す図である。
１ 熱伝達係数算出装置 ２ 実験測定部 ３ 数値計算部 ４ インターフェース ５ 熱伝達係数データベース ６ モデル構造物 ７ 構造物本体 ８ 支持台 ９ 支持部材 10 初期条件設定部 11 熱伝達係数設定部 12 計算部 13 解析誤差評価部
Claims (5)
- 【請求項１】熱伝達係数算出用として代表的な形状に単
純化させてなるモデル構造物を加熱して温度上昇させそ
のときのモデル構造物の内部温度と表面温度とを温度セ
ンサを用いてサンプリングする実験測定部と、実験測定
部に対して近似してなる有限要素モデルを設定し且つモ
デル構造物と空気接触してなるその各表面に対して近似
した熱伝達係数を設定してモデル構造物の各節点の温度
を各サンプリング毎に算出し当該実験値を当該算出値と
比較してその偏差を縮小すべく前記設定した熱伝達係数
を逐次補正演算する数値計算部と、前記演算された各熱
伝達係数を登録する熱伝達係数データベースとを備えた
ことを特徴とする熱伝達係数算出装置。 - 【請求項２】モデル構造物は、ブロック形の構造物本体
と、構造物本体の被測定対象の各表面を周囲の空気と接
触させた状態で構造物本体を支えてなる支持台とで形成
されていることを特徴とする請求項１記載の熱伝達係数
算出装置。 - 【請求項３】モデル構造物の各部の温度測定時間とサン
プリング間隔とを設定し且つ熱伝達係数を演算するため
に各節点における各温度の仮定の初期値を当初のサンプ
リングに対する比較対象として適宜設定せしめると共に
サンプリング毎に数値計算部による各温度の演算結果を
次のサンプリングに対する比較対象として設定せしめる
べく制御信号を送出するインターフェースを備えたこと
を特徴とする請求項１記載の熱伝達係数算出装置。 - 【請求項４】数値計算部は、数値計算に基づいて各節点
の熱伝達係数と各温度とを可変設定する熱伝達係数設定
部と、熱伝達係数設定部によって設定された各温度と当
該サンプリングされた各温度との誤差を算出してこれが
所定の誤差範囲内であるか否かを判定して該判定に基づ
いて熱伝達係数設定部に対して前記各節点の熱伝達係数
と各温度とを可変設定させて前記算出を次のサンプリン
グに対して実行せしめ又は該算出を停止せしめて当該熱
伝達係数を熱伝達係数データベースに登録せしめる解析
誤差評価部とを備えてなり、前記熱伝達係数設定部は、
各節点における各温度の仮定の初期値として、当初のサ
ンプリングに対する比較対象として適宜設定可能にし又
は、当該モデル構造物に係わる熱伝達係数として熱伝達
係数データベースに登録されている該当の各熱伝達係数
データを適宜設定可能にしていることを特徴とする請求
項１記載の熱伝達係数算出装置。 - 【請求項５】数値計算部は、数値計算に基づいて且つ所
定のサンプリング間隔毎に各節点の熱伝達係数と各温度
とを可変設定する熱伝達係数設定部と、熱伝達係数設定
部によって設定された各温度と当該サンプリングされた
各温度との誤差を算出して算出された解析誤差が所定の
誤差範囲内であるか否かを判定して誤差範囲外のときは
熱伝達係数設定部に対して前記各節点の熱伝達係数と各
温度とを可変設定させて前記算出を次のサンプリングに
対して実行せしめ誤差範囲内のときは該算出を停止せし
めて当該熱伝達係数を熱伝達係数データベースに登録せ
しめる解析誤差評価部とを備えてなることを特徴とする
請求項１記載の熱伝達係数算出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8207985A JPH1048166A (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | 熱伝達係数算出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8207985A JPH1048166A (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | 熱伝達係数算出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1048166A true JPH1048166A (ja) | 1998-02-20 |
Family
ID=16548779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8207985A Pending JPH1048166A (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | 熱伝達係数算出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1048166A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007332444A (ja) * | 2006-06-16 | 2007-12-27 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 局所熱伝達率決定プログラム及び局所熱伝達率決定装置 |
| US7396156B2 (en) | 2006-05-29 | 2008-07-08 | Fujitsu Limited | Analysis data generating apparatus, analysis data generating method and computer-readable recording medium containing analysis data generating program |
| JP2009264776A (ja) * | 2008-04-22 | 2009-11-12 | Toyota Motor Corp | 熱伝達係数算出方法 |
| EP2131168A1 (en) * | 2008-06-04 | 2009-12-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for detecting capacity changes in a fluid and turbine |
| KR100954197B1 (ko) * | 2007-07-13 | 2010-04-21 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 대류열전달계수 측정장치 및 측정 방법 |
| CN109000828A (zh) * | 2018-08-23 | 2018-12-14 | 山东建筑大学 | 一种用于非均质材料蓄热量的检测装置及其检测计算方法 |
| CN113916932A (zh) * | 2021-09-22 | 2022-01-11 | 安徽艺云玻璃有限公司 | 一种检测中空玻璃传热系数的方法 |
| CN115289404A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-11-04 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种管道保温材料的使用寿命预测方法、存储介质和设备 |
-
1996
- 1996-08-07 JP JP8207985A patent/JPH1048166A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7396156B2 (en) | 2006-05-29 | 2008-07-08 | Fujitsu Limited | Analysis data generating apparatus, analysis data generating method and computer-readable recording medium containing analysis data generating program |
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| EP2131168A1 (en) * | 2008-06-04 | 2009-12-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for detecting capacity changes in a fluid and turbine |
| WO2009146963A1 (en) * | 2008-06-04 | 2009-12-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for detecting capacity changes in a fluid and turbine |
| CN109000828A (zh) * | 2018-08-23 | 2018-12-14 | 山东建筑大学 | 一种用于非均质材料蓄热量的检测装置及其检测计算方法 |
| CN113916932A (zh) * | 2021-09-22 | 2022-01-11 | 安徽艺云玻璃有限公司 | 一种检测中空玻璃传热系数的方法 |
| CN113916932B (zh) * | 2021-09-22 | 2024-04-16 | 安徽艺云玻璃有限公司 | 一种检测中空玻璃传热系数的方法 |
| CN115289404A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-11-04 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种管道保温材料的使用寿命预测方法、存储介质和设备 |
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