SimscapeのThermalとThermal Liquidを用いた​赤外線ランプ加熱モデ​ルに関する質問で，加​熱終了後の冷媒Pip​e前後温度差が戻りま​せん．

添付ファイルのようにIRランプ加熱指令（熱流束入力）によって，ランプ加熱され，必要以上に 過熱されないようにランプをPipe冷媒で冷却しています．そして，ランプ加熱量の一部で，常温 の加熱対象物を輻射加熱します．不要な熱量は伝導と伝達で環境に伝熱します． そこでランプ加熱中はPipe出口の温度が上昇していますが，ランプ加熱終了後は，常温に戻る はずなのですが，そのまま最高温度を維持してしまいます．モデルでは，出口から冷媒を常温の リザーバに戻しているので，Pipe出口温度も常温に戻ると思われますが，何か間違っているで しょうか？よろしくお願い致します．

Answer 1

[Norihiro Kobayashi]

モデル拝見させていただきました。

数点気になる点がありましたので、記載させて頂きます。

1.熱量の入力が、Rampになっています。設定されている熱量の入力は単位時間当たりの値になりますが、意図通りでしょうか？まずはConstantやStepを使うとデバッグには良いかも知れません。

2.通常熱回路には熱容量のブロック(Thermal Mass)が必要です。おそらく、パイプとIdeal Heat Flowの間にThemal Massは必要かと思われます。また、常温の大気とは別に、初期温度が常温の加熱対象物のThermal Massも必要かと考えられます。

熱周りの接続のイメージとしては、例題の 住宅の暖房システム がわかりやすいかも知れません。

[Keiichi Tanaka]

ご回答有難うございます． ２．のIdeal Heat Flow SensorとPipeの間にConductive Heat Transferを設定すると現実的な入力値1000の時に，冷媒除熱量が250，放射熱量が750となりました．有難うございました．

Answer 2

[michio]

モデルの詳細まではチェックしていませんが、まず加熱量に比べて放熱量が桁違いに少ないようですが意図通りですか？ このままでもモデルを長時間実行すればその内常温に戻るかと思われます。

[Keiichi Tanaka]

早々にご回答有難うございます．時間を延長しても常温には戻りません．熱が逃げるルートを設ける必要があると思います．また，このモデルで意図していることは，冷媒流量を増加させてランプ自身の温度上昇を低減することが狙いなのですが，流量を増やしても除熱量は増加しません． 熱量Q＝除熱効率η・熱容量C・流量q・温度上昇⊿T，を意図しております．この流量調整によって最適な放熱量となるよう加熱量を設定している内に桁違いな値となっております．

[michio]

すいません。「長時間実行」で意図していたのは、モデルのシミュレーションではあまり現実的ではない程の超長時間でした。

現状微々たる量ですが熱はある程度逃げている様ですし、例えば流量や熱伝達係数を極端に大きくすれば温度差が下がっていく傾向が程度みられます。ですので、全体で整合性の取れたパラメータ設定になっているのかが気になった次第です。

他の方のコメントも待ってみましょう。。

[Keiichi Tanaka]

ご回答有難うございます．流量10L/minは妥当ですし，Ideal Heat FlowとPipeの間に入れた熱伝導要素のパラメータや，予め設置していた熱輻射要素の輻射係数も現実的な値を入れたところ，全体の熱配分も現実的です．ですが，やはり加熱後のPipe前後の温度差の戻りが悪く，冷媒流量を加減しても冷媒による除熱量は変化しないように見えます．

Answer 3

[Yoko]

熱ドメインの回路を Ideal Heat Flow Source + Thermal Mass + Reference のみにして、シミュレーションしてみましたが、熱を除去したあとも、LampArea (Pipeブロック) の温度は最高温を維持しているようでした。温度が下がった時の、Ideal Heat Flow Source からの入力は 0 でした。 そこで Ideal Heat Flow Source から負の熱量を与えてみると、LampArea (Pipe ブロック)の温度が下がりました。 以上から、温度の違いにより、負の熱量が発生するような仕組みが必要かもしれません。

冷却に関する例題 Engine Cooling System がありますので、参考にしてみてください。

[Keiichi Tanaka]

ご回答有難うございます．ご指摘の通り，加熱OFFでも温度が維持しておりました．ランプ加熱は加熱手段ですので，ペリチェ素子のような熱量を吸収する冷却手段が必要だということになりますが，20℃の冷媒が絶えず流れているので，放っておいても冷媒で除熱されるはずなのです．例題を参考にさせて頂きます．有難うございました．