Статья

Название статьи ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛООТВОДА С ТЕПЛОНАГРУЖЕННЫМ ИСТОЧНИКОМ В УСЛОВИЯХ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА ВОЗДУХА
Автор А. В. Палий, Н. Н. Чернов
Рубрика РАЗДЕЛ IV. РАДИОТЕХНИКА И АКУСТИКА
Месяц, год 02, 2018
Индекс УДК 658.51.011
DOI 10.23683/2311-3103-2018-2-184-193
Аннотация Приведено численное исследование эффективности поверхности теплоотвода, в основу которого заложены уравнения Навье-Стокса и переноса энергии, включенные в математический аппарат решателя системы автоматического проектирования Ansys Fluent. Проведено исследование неэффективности неравномерной прогретости площади поверхности штыревого теплоотвода, взятого в качестве примера типичной классической конструкции радиатора. Необходимость оптимизации теплоотводящей поверхности радиатора обоснована: во-первых, отсутствием общего подхода к проблеме неэффективности использования материалов; а во-вторых, повышенная температура эксплуатации изделий электронной техники является не только причиной отказов, но и значительно ухудшает их основные параметры, что приводит к необходимости поиска и применения различных способов и методов охлаждения, обеспечивающих сохранение параметров в заданных нормах. По мере усложнения аппаратуры, увеличения количества применяемых элементов и степени их интеграции, вопросы отвода тепла, а также методы расчетов тепловых режимов приобретают особое значение. Исходными данными проведенного вычислительного эксперимента являются следующие. На вход канала с заданной скоростью и температурой подается воздушный поток, обтекающий штыревой теплоотвод с внутренним точечным источником тепла. Скорость потока соответствует числу Маха М<<1. Внешняя температура (в том числе начальная температура радиатора) 22 0С. Коэффициент теплопередачи медь/воздух 11,3 W/m^2*C. Мощность источника 5 W. Требуется определить распределение температурного поля на поверхности радиатора с целью выявления неэффективных участков площади теплоотвода. Внешняя среда в рабочем пространстве – воздух, считается несжимаемой невесомой вязкой теплопроводной жидкостью. Обтекание симметричное (Ох – ось симметрии), режим течения – ламинарный. В работе содержится введение в проблему нормализации теплового режима аппаратуры, приводится актуальность применения современных методов теплоотвода и оптимизации существующих конструкций радиаторов, производится численный эксперимент исследования эффективности штыревого теплоотвода с целью дальнейшей его оптимизации. Делается вывод о нецелесообразности использования штырей на поверхности радиатора. В данном случае большую часть тепла отводит малая часть поверхности радиатора. Дополнительным отрицательным эффектом присутствия штырей является возникновение местных дипольных и квадрупольных составляющих поля, которые вызывают лишь циркуляцию тепла.

Скачать в PDF

Ключевые слова Тепловой режим аппаратуры; численное решение дифференциальных уравнений; теплоотвод; эффективная площадь поверхности радиатора; теплонагруженный источник; тепломассоперенос.
Библиографический список 1. Чернышев А.А., Иванов В.И. Обеспечение тепловых режимов изделий электронной техники. – М.: Энергия, 1980. – 212 с.
2. Лутченков Л.С., Лайне В.А. Моделирование и анализ тепловых режимов аппаратуры.
– СПб.: ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича. 1995. – 355 с.
3. Шелест В.И., Кондрашев А.С. Концептуальный алгоритм теплофизического проектирования радиоэлектронных средств // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2003. – № 5. – С. 26-27.
4. Охрем В.Г. Некоторые модели стационарных термоэлектрических холодильников // ИФЖ. – 2001. – Т. 74, № 5. – С. 127-130.
5. Леонтьев Л.П. Введение в теорию надежности радиоэлектронной аппаратуры. – Рига: Изд-во. АН ЛССР, 1963. – 373 с.
6. Чернышев А.А. Основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. – М.: Радио и связь. 1988. – 560 с.
7. Криогенные системы / под ред. А.М. Архарова. Т. 1. – М.: Машиностроение, 1996. – 414 с.
8. Бердичевский Б.Е. Вопросы обеспечения надежности радиоэлектронной аппаратуры при разработке. – М.: Сов. радио. 1976. – 277 с.
9. Моисеев В.Ф., Зайков В.П. Влияние режима работы термоэлектрического устройства на его надежность // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2001.
– № 4-5. – С. 30-33.
10. Роткоп Л.Л., Спокойный Ю.Е. Обеспечение тепловых режимов при конструировании радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Сов. радио. 1976. – 230 с.
11. Дульнев Г.Н., Семяшкин Э.М. Теплообмен в радиоэлектронной аппаратуре. Ленинградское отд., «Энергия» 1968. – 359 с.
12. Письменный Е.Н., Бурлей В.Д. Влияние разрезки, поворотов и отгибки ребер на теплоаэродинамические характеристики поверхностей теплообмена // Промышленная теплотехника. – 2003. – Т. 25, № 1. – С. 10-16.
13. Письменный Е.Н., Баранюк А.В. Теплоотводящая поверхность с пластинчато-просечным оребрением при низкоскоростном обдуве // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2005. – № 4. – С. 43-45.
14. Перепека В.И. Некоторые вопросы контактного теплообмена элементов в РЭА // Вопросы радиоэлектроники. Cер. ТРТО. – 1968. – № 2. – С. 43-47.
15. Палий А.В., Панатов Г.С. Температура и теплоперенос. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. – 132 с.
16. Палий А.В. Оптимизация формы теплоотвода для теплонагруженного элемента в условиях тепломассопереноса воздуха // Тепловые процессы в технике. – 2015. – № 7.
– C. 333-336.
17. Палий А.В., Замков Е.Т., Серба П.В. Определение толщины пограничного слоя при обтекании тела аэродинамическим потоком методом электростатической аналогии // Известия ЮФУ. Технические науки – 2012. – № 1 (126). – C. 192-197.
18. Шабаров В.В. Применение системы ANSYS к решению гидрогазодинамических задач.
– Нижний Новгород, 2006. – 108 с.
19. Палий А.В., Замков Е.Т. Механизм возникновения трения и сопротивления тела в газовом потоке // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2012. – № 1 (126). – C. 186-191.
20. Палий А.В., Замков Е.Т., Булейко В.Г. Механизм создания сопротивления плоской поверхности в газовом потоке тангенциальной составляющей скорости молекулы газа // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2013. – № 1 (138). – C. 197-202.

Comments are closed.