Моделирование тепловых и аэродинамических процессов в блоках средств связи

Рис. 3.7 МТП блока БЦВМ-386

Исходя из построенной МТП был проведен расчёт и были получены следующие данные (таблица 3.1):

Таблица 3.1. Значения температур в узлах тепловой макромодели

Как видно из полученных расчетов, температуры на ПУ достаточно высоки, поэтому проведем повторный тепловой расчёт, с учётом аэродинамических параметров блока, то есть, когда в блок поступает охлаждающий воздух.

Аэродинамическое и тепловое моделирование в АСОНИКА-П

Что важно, аэродинамическое моделирование блока неразрывно связано с тепловым моделированием. Нужно вычислить скорость движения (продува) воздуха внутри каналов, образованных двумя соседними ПУ в кассетной конструкции БЦВМ-386. Для начала построим схему и аэродинамическую модель каналов (рис.3.8).

Рис.3.8 Аэродинамическая модель каналов блока БЦВМ-386

Воздух из системы охлаждения прибывает внутрь блока сквозь перфорационные отверстия с верхней стороны блока, затем движется по каналам, образованным ПУ (в крайних каналах между ПУ и стенками корпуса) и выходит сквозь нижнюю стенку. Местные аэродинамические сопротивления, возникающие при проходе воздуха через ПР (перфорационную решетку) в нижней стенке блока моделируются сопротивлением R306, а при выходе воздуха из блока через ПР в верхней крышке - сопротивлением R307. Течение воздуха по каналам моделируется сопротивлением плоского аэродинамического канала R302. Расход охлаждающего воздуха, поступающего в блок из системы охлаждения, моделируется источником постоянного расхода воздуха. Он составляет 10 м³/час (0,02 м³/с). Таким образом, были рассмотрены ветви, входящие в МАП блока БЦВМ-386. На следующем изображении представлена схема МАП вычислительно блока БЦВМ-386, построенная в программе АСОНИКА-П. (рис. 3.9)

Рис 3.9 МАП блока БЦВМ-386

В результате расчёта МТП получились следующие значения (таблица 3.2 и 3.3):

Таблица 3.2 Давление в узлах аэродинамической макромодели

Таблица 3.3 Расход и скорость воздуха в ветвях аэродинамической макромодели

В результате аэродинамического расчёта мы получили расход, а также скорость воздуха в каналах блока. Теперь посчитаем, насколько изменятся тепловые характеристики блока, с учетом скоростей воздуха и давлением в продуваемых воздушных каналах.

Последовательность протекания тепловых процессов в блок БЦВМ-386 такова:c внешней стенки корпуса блока посредством естественной конвекции (тип 26) и излучения (тип 16) воздух передается в ОС. Так как во внутреннем пространстве блока продувается охлаждающий воздушный поток, то он нагревается и соответственно уносит тепловую энергию из зоны нагрева (моделирующая ветвь 71). ПУ взаимодействуют друг с другом конвекцией (тип 16). В каналы, образованные ПУ, тепловая энергия передаётся вынужденной конвекцией (тип 51). Изображение 3.10 демонстрирует как взаимодействуют между собой узлы тепловой модели. Ниже в таблице 3.4, указаны ветви макромодели тепловых процессов и типы теплообмена присутствующие в модели. В таблице 3.5 указаны номера узлов тепловой макромодели и соответствующие им элементы.

Таблица 3.4 Условное обозначение ветвей тепловой макромодели

Рис.3.10 Модель тепловых процессов блока БЦВМ-386

Таблица 3.5 Соответствие узлов тепловой модели конструктивным элементам конструкции

На следующем изображении представлена схема МТП вычислительно блока БЦВМ-386, построенная в программе АСОНИКА-П. (рис. 3.11)

Рис. 3.11 МТП блока БЦВМ-386

Результаты моделирования сведены в следующую таблицу (таблица 3.6).

3.4 Тепловое моделирование печатного узла БП-51

Основные этапы теплового моделирования рассмотрены в главе 2. В данном разделе представлены основные результаты теплового моделирования. В программе АСОНИКА-ТМ можно провести расчет на стационарные и нестационарные тепловые воздействия. Мы будем проводить только лишь стационарный тепловой расчёт. Расчет делается с целью определения перегревов ЭРИ, расположенных на плате ПУ.

Ниже представлены результаты теплового моделирования в программе АСОНИКА-ТМ. Рис. 3.12 показывает тепловое поле платы с верхней стороны, рис. 3.13 с нижней стороны.

Таблица 3.6 Номера узлов МТП и соответствующие им элементы конструкции БЦВМ-386

Рис. 3.12 Температура участков ПУ с верхней стороны

Рис. 3.13 Температура участков ПУ с нижней стороны

Рис. 3.14 Температура участков ПУ с верхней стороны, 3D модель

Рис. 3.15 Температура участков ПУ с нижней стороны, 3D модель

Изображения выше (рис. 3.14., 3.15) показывают 3D-модель ПУ с верхней и нижней стороны соответственно. Как видно из рисунков, основной нагрев образуется на левой части платы (рис. 3.14), а меньше всего плата нагревается в середине сверху.

Заключение

В результате проделанной работы, были построены модели тепловых и аэродинамических процессов, происходящих в вычислительно блоке БЦВМ-386. Важным оказалось то, что без взаимосвязи данных процессов, невозможно добиться точных результатов моделирования. Расчет данных процессов также помог в расчете теплового моделирования, а именно граничных условий для одного из ПУ, входящих в состав конструктивных элементов БЦВМ. Тепловое моделирование в программе АСОНИКА-ТМ выявило, что по результатам расчета, отклонений от нормы нет и доработок не требуется. Таким образом, было выявлено, что установленная в конструкции блока система охлаждения справляется с нагрузкой по уменьшению температурных параметров блока.

Список литературы

1. Дульнев Г.Н., Тарановский Н.Н. Тепловые режимы электронной аппаратуры. Ленинград: Энергия, 1971. -- 248 с.

2. Дульнев Г.Н. Тепло - и массообмен в РЭА. Учебник для ВУЗов. М.: ВШ, 1984.

3. Дульнев Г.Н., Парфенов В.Г., Сигалов А.В. Методы расчёта теплового режима приборов. М.: Радио и связь, 1990.

4. Дульнев Г.Н. Теплообмен и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре: Учебник для вузов по специальности «Конструирование и производство радиоаппаратуры». Москва, Издательство Высшая школа, 1984

5. Глушицкий И.В. Расчет теплообмена в бортовой аппаратуре летательных аппаратов М.: Машиностроение, 1976. -- 152 с.

6. Манохин А.И., Шалумов А.С., Шалумова Н.А. Моделирование тепловых процессов в технических объектах с помощью автоматизированной подсистемы АСОНИКА-Т. Ковров: Ковр. гос. технол. акад., 2004.

7. Кофанов Ю.Н., Шалумов А.С., Варицев К.Б. Моделирование тепловых и механических процессов в конструкциях РЭА с помощью подсистемы АСОНИКА-ТМ. М.: МГИЭМ, 1999.

8. Cooling of electronic equipment Allan Kraus, 1965

9. Cooling electronic equipment Allan Kraus Beachwood, Ohio Avram Bar-Cohen Department of Mechanical Engineering University of Maryland College Park, Maryland Abhay A. Wative Intel Corp Chandler, Arizona, Engineers' Handbook: Energy and Power, Volume 4, Third Edition. Edited by Myer Kutz, Copyright, 2006 by John Wiley & Sons, Inc.

10. Modeling of thermal processes in the design, testing and quality control of radioelectronic facilities - Kofanov Yu. N., Manokhin AI, Uvaysov S.U. -1998.

Размещено на Allbest.ru