相変化を考慮した気液二相流解析によるヒートパイプ内部の流体挙動予測
JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2025年2月～2026年1月)
報告書番号: R25JACA66
利用分野: JSS大学共同利用
- 責任者: 佐々木大輔, 大阪公立大学
- 問い合せ先: 佐々木大輔(daisuke.sasaki@omu.ac.jp)
- メンバ: 川本 裕樹, 佐々木 大輔, 行光 実桜
事業概要
蒸発と凝縮による相変化を伴う作動流体の流れにより熱を輸送するヒートパイプは, 身近な電子機器のみならず宇宙空間で使用が想定される機器にも搭載されている. 構成として, 金属管の内部に流体が封入されている為, 外壁温度以外の物理量取得が困難である. その為, 内部流動の把握及び予測には数値流体力学(CFD)が有効であると考えられている. 本研究では, ヒートパイプ内部の流動予測を可能とし, さらに高効率な熱輸送の実現を目指している. 本年度は, 相変化を伴う気液二相流を数値的に再現し, 特に加熱部において管径が気泡挙動および熱伝達特性に与える影響について調査した.
参照URL
なし
JAXAスーパーコンピュータを使用する理由と利点
相変化計算では気液界面近傍に形成される温度勾配の正確さが相変化量の計算に直結する為, 界面近傍の解像度の確保が必要である. その為, JAXAスーパーコンピューターでの大規模並列解析が必須である.
今年度の成果
今年度は, ヒートパイプの円管径を変化させ, 管径による気泡成長の違いや熱伝達特性の違いについて評価した. 図1は, 管径1, 2, 4 mmの円管内における加熱度の時刻歴を示している. 白線は気液界面を表している. 管径1 mmでは, 気泡は球形のまま発達し, テイラー気泡へ遷移した. 管径2 mmでは, 球形から楕円体へ変化した後, テイラー気泡へ遷移した. さらに, 管径4 mmでは, 球形から楕円体, さらに球冠状の形状へ変化した後, テイラー気泡へ遷移することが確認された. また, 図2は空間全体で平均したヌセルト数の時刻歴を示している. この結果から, 管径が大きいほど熱伝達が強くなる傾向が見られた.
図1: 各管径における過熱度の時刻歴 (a)管径1㎜ (b)管径2㎜ (c)管径4㎜
図2: 各管径における空間平均ヌセルト数
成果の公表
-口頭発表
行光 実桜, 佐々木 大輔, 川本 裕樹, 高橋 俊, 福家 英之, 「円管内単一気泡の成長と熱伝達に及ぼす管径の影響」, 数値流体力学シンポジウム, 北九州, 2025年12月.
JSS利用状況
計算情報
- プロセス並列手法: MPI
- スレッド並列手法: OpenMP
- プロセス並列数: 128 - 480
- 1ケースあたりの経過時間: 200 時間
JSS3利用量
総資源に占める利用割合※1(%): 0.06
内訳
JSS3のシステム構成や主要な仕様は、JSS3のシステム構成をご覧下さい。
| 計算システム名 | CPU利用量(コア・時) | 資源の利用割合※2(%) |
|---|---|---|
| TOKI-SORA | 1367337.49 | 0.06 |
| TOKI-ST | 1.22 | 0.00 |
| TOKI-GP | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-XM | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-LM | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-TST | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-TGP | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-TLM | 0.00 | 0.00 |
| ファイルシステム名 | ストレージ割当量(GiB) | 資源の利用割合※2(%) |
|---|---|---|
| /home | 0.00 | 0.00 |
| /data及び/data2 | 102400.00 | 0.67 |
| /ssd | 0.00 | 0.00 |
| アーカイバシステム名 | 利用量(TiB) | 資源の利用割合※2(%) | J-SPACE | 0.00 | 0.00 |
|---|
※1 総資源に占める利用割合：3つの資源(計算, ファイルシステム, アーカイバ)の利用割合の加重平均.
※2 資源の利用割合：対象資源一年間の総利用量に対する利用割合.
ISV利用量
| 利用量(時) | 資源の利用割合※2(%) | |
|---|---|---|
| ISVソフトウェア(合計) | 0.00 | 0.00 |
※2 資源の利用割合：対象資源一年間の総利用量に対する利用割合.
JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2025年2月～2026年1月)