Статья: Электронная модель как основа для автоматизированного расчета теплового режима блока радиоэлектронной аппаратуры

Выводы: Тепловой режим блока неплохой, но это идеализированный случай, показывающий потенциальные возможности данного решения.

Теперь проведем расчет теплового режима блока коммутации, в котором для снижения температур будет применен вентилятор, на входе которого снизу будет продувать воздух. В этом случае одна из задач это определение средней по сечению скорости воздуха по заданной производительности вентилятора.

В этом случае скорость воздуха в первом приближении будет определяться как производительность вентилятора деленная на поперечное сечение блока для продуваемого воздуха.

Рис. 8 Электронная твердотельная модель продуваемого блока коммутации с установленными снизу вентиляторами

По уточненным данным в качестве вентилятора был выбран осевой вентилятор PAPST-8414NH. Вентиляторы данной серии имеют размер 80*80*25 мм. Заявленная производительность вентилятора 79 м***3/час. Реальная производительность зависит обратно пропорционально от создаваемого статического давления и приводится в характеристиках на вентилятор.

Т.к. производительность вентилятора в реальности падает с учетом сопротивления потоку воздуха, то будем считать, что реальная производительность вентилятора будет не 79, а 70 м*3/час. С учетом геометрии блока и размеров вентиляторов применим два вентилятора, т.е. суммарная производительность составит 70*2=140 м*3/час.

Рассчитаем поперечное сечение собственно блока при продуве снизу вверх Размеры блока в этом направлении 365*320 мм, или с учетом толщины внутреннее сечении составит около 350*300 мм или 0.1 м*2. Т.к. ящик не пустой то пусть живое сечение его будет около 70 %. Тогда сечение будет 0.07 м*2.

При производительности 700 м*3 (вентилятор типа 2ДВ0-0,7.60-367-4) расчетная средняя скорость составит 2.65 м/сек. Построим таблицу зависимости расхода воздуха от скорости продува.

При производительности 140 м*3/сек (2 шт. PAPST-8414NH) получим скорость продува воздуха 0.53 м/сек.

Тепло выделяемое в печатных узлах будет излучением передаваться на соседние печатные узлы и окружающие элементы конструкции (корпус блока и др.). В отличии от предыдущего случая энергия внутри будет передаваться в воздух уже не естественной а вынужденной конвекцией. А прокачиваемый внутренний воздух, поднимаясь будет нагреваться и, выходя наружу, уносить энергию из блока (тепломассоперенос).

Как и в первом случае с поверхности блока энергия будет рассеиваться в окружающую среду конвекцией и излучением. Т.е. если снаружи корпус будет отдавать энергию естественной конвекцией, то внутри будет главенствовать вынужденная конвекция.

Узел 3 МТП ранее представлявший замкнутый внутренний объем воздуха блока теперь будет моделировать продуваемый воздух, в который будет осуществляться вынужденная конвекция с внутренних печатных узлов блока.

Рис. 9 .Электронная топологическая МТП продуваемого блока коммутации

Тепломассоперенос воздуха из окружающей среды через блок моделируется ветвью модели 1-3 тепломассоперенос в канале (тип 71) .

Сведем в таблицу результаты расчета теплового режима при двух скоростях продува воздуха 0.53 м/сек и 1 м/сек. Изменение скорости .продува моделируемого варианта заключается в изменении во всех ветвях МТП 0.53 м/сек на 1 м/сек.

Таблица 4.

Результаты расчета при скорости 0.53 м/сек (два вентилятора PAPST-8414NH )

Вывод. При температуре окружающей среды 50 градусов получаем температуру нагрева продуваемого воздуха 53.5 градуса. Т.е применение продува (0.53 м/с) значительно снизило температуру воздуха.

При температуре окружающей среды 50 градусов получаем температуру нагрева продуваемого воздуха 52. градуса. Температура корпуса ШС71 снизилась практически до 89 градусов. Можно отметить большую температуру внешнего радиатора не зависящую от продува, вследствие того, что он не обдувается. Кроме того, возможно, там достаточная сложная конструкция которую на данном этапе детализации учесть трудно.

Рис. 10 . Представление электронных моделей в PDM системе «Асоника-УМ»

В данном примере использовались следующие электронные модели: твердотельные модели в виде 3Д моделей выполненных промышленной САПР SolidWorks и электронные топологические МТП подсистемы Асоника-Т для различных конструктивных исполнений, Совокупность всех использованных электронных моделей составляет электронный макет изделия и сохраняется в соответствующей PDM системе АСОНИКА-УМ (рис.10.) позволяющей осуществлять простой процесс управления данными о проектируемом изделии.

Совокупность используемых моделей позволяет оперативно анализировать варианты разрабатываемых изделий в системе «Асоника» и других САПР и добиваться выполнения ТЗ на ранних стадиях проектирования, снижая издержки и повышая качество разработки.

Литература

1. Шалумов А., Малютин Н., Кофанов Ю.Автоматизированная система АСОНИКА для проектирования высоконадежных радиоэлектронных средств на принципах CALS-технологий. Том 1 Издательство: Энергоатомиздат, 2007 г. Твердый переплет, 368 стр.

2. Кофанов Ю.Н., Манохин А.И., Увайсов С.У. Моделирование тепловых процессов при проектировании, испытаниях и контроле качества радиоэлектронных средств: Учеб. пособие. / МГИЭМ., М.:, 1998 г., 140 с.

3. Манохин А. И. Исследование тепловых режимов радиоаппаратуры с помощью вычислительного эксперимента.// Современные проблемы радиоэлектроники. //Сб. научных трудов. Под редакцией А. В. Сарафанова. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2003. - с.505-511.