Моделирование теплопереноса в герметичном корпусе

[Nikollay 32]

Появилось несколько задач по моделированию тепловых процессов в корпусе.

Прочитал много литературы: Дульнев Г.Н., Роткоп Л.Л., Пошехонов П.В., Фрумкин Г.Д. и других. Во всех книгах описаны общие процессы теплопереноса в корпусах, но все сводится к эмпирическим моделям для габаритных корпусов РЭА, с металлическим кожухом. Естественно оценить точность вычислений по графикам или другим коэффициентам сложно, особенно когда модель не вписывается в теорию книг (у меня пластик и относительно малый размер).

Как инженеру нужен относительно не дорогой, простой в освоении инструмент для решения этих, достаточно узких, задач.

Пробовал Comsol - как только добавляется пластиковый корпус возникает ошибка, отсутствует переменная в домене пластикового корпуса, без него расчет идет. При назначении на поверхности оттока тепла, или конвекции отличной от встроенных моделей (по параметру h) возникает ошибка вычислений или огромная погрешность (3000 процентов и больше).

Нашел подробное описание теплопереноса для Star CCM+, в тех версиях которые есть в интернете нет лицензии на тепловое излучение. Сколько будет стоить такая лицензия сложно представить.

Вот пример модели которую нужно посчитать, естественно она в 3D, плоский рисунок для наглядности.

Посоветуйте какое программное обеспечение мне подойдет или в какой литературе этот вопрос подробно рассмотрен.

Изменено 21 июля 2011 пользователем Nikollay

[MotorManiac 130]

нет лицензии на тепловое излучение.

Здесь нету излучения, здесь конвекция в чистом виде.

Посоветуйте какое программное обеспечение мне подойдет или в какой литературе этот вопрос подробно рассмотрен.

М.А. Михеев,И.М. Михеева. Или любая расчетная прога, можно в Flow Simulation обсчитать данную задачу.

[Nikollay 32]

Я тоже так думал, но методикам в книгах Дульнева и других получается что в герметичном корпусе примерно половина тепла с платы на кожух переносится излучением.

В литературе по проектированию РЭА предлагают чернить внутреннюю поверхность кожуха.

Спасибо Михеевых почитаю.

К сожалению, Как выяснилось не любая, проблемы с Comsol я описал.

[MotorManiac 130]

Я тоже так думал, но методикам в книгах Дульнева и других получается что в герметичном корпусе примерно половина тепла с платы на кожух переносится излучением.

Я в это слабо верю, если честно. Радиационный теплообмен интенсивно начинает идти где-то от 600-700С. Можно же прикинуть по формуле Стефана-Больцмана q=C приведенное * F поверхности * E черноты [(Tизлучателя/100)^4-(Т стенки/100)^4 ];Температуры нужно брать в К.

Хотя тонкость может заключаться в том, что интенсивность излучения конечно маленькая (скажем в абсолютных значениях, Вт), но и интенсивность конвективного теплосъема тоже маленькая, вследствие свободной конвекции (в Вт), поэтому так и допускают.

В литературе по проектированию РЭА предлагают чернить внутреннюю поверхность кожуха.

Степень черноты и цвет это не одно и тоже :-) у листа белой бумаги коэф. черноты 0.8

Спасибо Михеевых почитаю.

К сожалению, Как выяснилось не любая, проблемы с Comsol я описал.

Да там должны быть основные уравнения конвективного и лучистого теплообмена, но все таки лучше в каком-нибудь пакете порешать, т.к. могут возникнуть сложности с определением а и др. величинами.

[a_schelyaev 366]

В FlowVision 3 это можно посчитать + даже учтем и сопротивление в контакте.

[Nikollay 32]

Миф про чернение внутренних поверхностей очень распространен, а про то что степень черноты не зависит от цвета я прочитал в первой книжке.

Естественно я за программный расчет, но чтобы правильно задавать условия или упрощать модель для расчета нужно самому понимать процессы.

Так как теплоперенос не совсем моя специальность уже месяц читаю литературу по немногу начинаю разбираться, но конечно еще далек от понимания.

Пока основной критерий считается модель или нет, расчет в Comsol завершается на добавлении корпуса. Как задавать дополнительные условия, которых нет в графическом интерфейсе и как настроить на них решатель пока не понятно.

Буду пробовать другие программы, хочется проверить влияние излучения на конечный результат.

В FlowVision 3 можно оценить вклад излучения в теплоперенос в корпусе, для возможного упрощения дальнейших расчетов.

Сколько он стоит, хотя бы примерно, дороже например Flow Simulation?

[a_schelyaev 366]

Я не знаю сколько стоит FS.

Цену сможете узнать позвонив в офис разработчика FlowVision.

[Nikollay 32]

По слову "учтем", я почему то подумал, что вы в курсе цен. Извиняюсь.

Интересует возможность найти наиболее приемлемую программу по цене, может с ограниченными возможностями.

По этому важно оценить на сколько влияет излучение, так как допустим в Star CCM+ это входит в дополнительную лицензию.

Если есть программы где нет таких ограничений, по приемлемой цене, для моей узкой области, то конечно это не так важно.

[dronm 26]

Есть специальное решение для моделирования теплового состояния РЭА - ANSYS Icepak. Внутри зашит решатель Fluent, собственный сеточный генератор, препост ориентированный на конструктора, большая библиотека материалов, возможно напрямую читать как файлы разводчиков типа Mentor, OrCad и тд так и геометрию. Куча параметризированных объектов типа радиаторыб микросхемы, кулера и тд. Считает теплопроводность, естественную искусственную конвекцию, тепловое излучение ну и много всяких заморочек. Прост в использовани.

[a_schelyaev 366]

По слову "учтем", я почему то подумал, что вы в курсе цен. Извиняюсь.

Интересует возможность найти наиболее приемлемую программу по цене, может с ограниченными возможностями.

По этому важно оценить на сколько влияет излучение, так как допустим в Star CCM+ это входит в дополнительную лицензию.

Если есть программы где нет таких ограничений, по приемлемой цене, для моей узкой области, то конечно это не так важно.

Все коммерческие коды имеют модульную структуру. И за любое добавление к базовой версии нужно платить еще немного денюжек.

FV по идее будет стоить всяко меньше буржуйских аналогов.

За FS не скажу.

[Nikollay 32]

Спасибо за ответы, ANSYS Icepak посмотрю, но когда дело дойдет до покупки думаю прицениваться буду к FlowVision.

Перечитал литературу модуль для расчета излучения тепла для герметичных корпусов нужен. Для вентилируемых нет.

Чтение из разводчиков мне не интересно, разработчики предоставляют либо гербера, либо 3D модели платы с основными элементами. Я упрощаю, что посчитаю необходимым, и делаю расчет. Так как разработчики точно не говорят что сколько потребляет, главное чтоб не было перегревов, и определить места вентиляционных решеток или при большой необходимости вентилятора.

[MotorManiac 130]

Так как разработчики точно не говорят что сколько потребляет, главное чтоб не было перегревов, и определить места вентиляционных решеток или при большой необходимости вентилятора.

Тепловыделение элемента может быть любое, главное это обеспечить теплосъем с него, что бы система имела какую-то равновесную приемлемую температуру для материала. В противном случае энергия подводится, теплосъема нет (например, недостаточная интенсивность подвода газа -низкие коэф-ты альфа), системе остается лишь один способ чтобы скинуть излишки тепла - это увеличение градиента температур, т.е. увеличение температуры элемента, как следствие перегрев и все. У нас вот калорифер мощность 0.5 МВт работает и нормально :-)

[Nikollay 32]

В пластиковых корпусах, как я читал есть проблема зонального нагрева, и бывает необходимо ставить дополнительные рассеиватели (клеить фольгу на корпус). Нагрев элементов распределяется радиаторами.

Главное выровнять температуру по устройству, чтоб резких градиентов не было, тут картинки из CAE очень помогают.

Достаточно простые и универсальные методики для расчета корпусов нашел в книге:

Роткоп Л.Л., Спокойный Ю.Е. Обеспечение тепловых режимов при конструировании радиоэлектронной аппаратуры.

Как там утверждается точность для большинства случаев +-10 градусов, что в первом приближении меня устраивает.

Более точный расчет попробую сделать в ANSYS Icepak.

[MotorManiac 130]

Еще такую тонкость, как узкие места теплообмена, надо учитывать. Например, если интенсифицируете теплообмен непосредственно на тепловыделяющем элементе, то надо учитывать возможно ли снять такое кол-во тепла уже через внешние стенки. Если интенсификация процесса на внешних стенках достаточно велика, то надо уже учитывать возможность пропуска тепла через стенку теплопроводностью (тепловое сопротивление).

В общем как еще один из вариантов подергать те или иные характеристики тепловой системы.

[Apologist 0]

Нашел подробное описание теплопереноса для Star CCM+, в тех версиях которые есть в интернете нет лицензии на тепловое излучение. Сколько будет стоить такая лицензия сложно представить.

А где вы такое вычитали? В STAR-CCM+ почти весь функционал доступен с базовой лицензией, отдельной лицензии на излучение не требуется. Цену сейчас зашлю вам в ЛС.

Никаких ограничений для расчета этой задачи в полной постановке в STAR-CCM+ я не вижу.

[Nikollay 32]

В альтернативной лицензии из интернета, уже все удалил.

[a_schelyaev 366]

Перечитал литературу модуль для расчета излучения тепла для герметичных корпусов нужен. Для вентилируемых нет.

Не совсем так. Дело не в герметичности и вентилируемости, а в геометрической конфигурации. Например, как расположены светящиеся поверхности по отношению к другим поверхностям.

Если все гарантировано на 90% улетает в пространство, то тогда на ГУ просто выписываем сигма Тэ в четвертой формулкой и усе.

:)

[Nikollay 32]

Не совсем так. Дело не в герметичности и вентилируемости, а в геометрической конфигурации. Например, как расположены светящиеся поверхности по отношению к другим поверхностям.

Если все гарантировано на 90% улетает в пространство, то тогда на ГУ просто выписываем сигма Тэ в четвертой формулкой и усе.

:)

Естественно герметичный корпус это только одна из математических моделей.

[Санек 0]

Пару слов про то что знаю( а вот как считать не знаю=)...

при температурах порядка 100 градусов С может быть как преобладание конвективных так и радиационных потерь(отвода тепла)...

например если степень черноты чипа 0.95, то радиационный теплосъем 500у.е конв 230у.е. с корпуса будет конв 600у.е радиац 130у.е, тк корпус холоднее, в сумме одинаково...

если степень черноты 0.1(у чипа) то соответсвенно рад 66 конв 292 (тк корпус будет холоднее) и дальше почти такие же.

Низкая степень черноты для чипа вредна, тк она вызовет перегрев, значит они с покрытием излучающим...и я могу предположить что теплосъем излучение будет сильнее... (как в космосе=)

Чернить или нет корпус -наверное он должен быть с большой степенью поглощения излучения(то биш черный) но с маленькой степенью черноты, то биш селективный...такие покрытия дороги , имеют фиалетовый цвет как правило. Иначе корпус будет светить на чипы, нагретый в т.ч. конвекцией...