База знаний по трехмерному проектированию в Pro/Engineer, Creo, Solidworks, электронике на STM32
Обучение Creo 3. Расчет радиатора охлаждения с принудительной вентиляцией
Поставим перед собой непростую задачу: рассчитаем распределение температур по объему радиатора (охладителя) в условиях принудительного обдува в воздушном канале. Радиатор будет с пластинчатыми ребрами. Не мудрствуя лукаво, воспользуемся построениями радиатора из статьи Creo 3. Создание объединенной детали с помощью наследования.
Подготовка геометрии
Итак, есть радиатор длиной 300 мм и на нем установлена Диодная сборка LD411660 PowerEx. Через диодную сборку проходит ток 600 А, значит она выделяет приблизительно 680 Вт, как указано в документации.
Для расчета необходимо также знать сечение радиатора, через которое пойдет воздушный поток. Для этого в модели радиатора вычислим сечение. С помощью команды Заполнить выполним построение эскиза сечения на торце радиатора.
В эскизе воспользуемся командой Проецировать / По контуру для повторения контура профиля радиатора.
Теперь удалим лишние линии и построим недостающие линии, повторяя сечение воздушного канала. Воздушный канал будет немного больше профиля радиатора. Завершаем выполнение команды Заполнить. Получилась поверхность нулевой толщины, что и требовалось.
Определим площадь поверхности сечения воздушного канала. Для этого воспользуемся инструментом Сводка на вкладке Анализ. Измерим площадь с помощью соответствующей кнопки .
Подготовим радиатор для расчета тепла - уберем лишнее. А именно, с помощью команды Вытянуть с опцией Удалить материал срежем всю верхнюю часть диодной сборки для построения сетки конечных элементов только для радиатора.
Тепловой расчет
Переходим к тепловым расчетам: на вкладке Приложения - команда Simulate. Выбираем Тепловой режим и затем Настройка модели.
Во первых зададим тепловую нагрузку, по-русски это называется выделяемая мощность. Делается это с помощью команды Теплота. В диалоговом окне Тепловая нагрузка выберем поверхности, оставшиеся от диодного модуля и укажем в графе Значение - 680 Вт (единицы измерения см. в выпадающем списке рядом). Это значение было получено нами ранее в начале статьи. Если приборов на радиаторе несколько, то для каждого из них отдельно нужно задать тепловую нагрузку. Нажмем Ок.
Теперь зададим Условие конвекции, т.к. именно этот режим соответствует принудительному обдуву воздухом. Выбираем поверхности ребер, потому что именно они будут обдуваться воздухом в канале. Введем значение температуры окружающего воздуха Tb = 40°C, чтобы наше изделие работало и в жарком месте в графе Температура окружающей среды. Теперь самое главное введем коэффициент конвекции h в соответствующей графе: 50.3 и выберем единицы измерения W / (m^2 K) в списке рядом.
Это число рассчитываться по значениям производительности вентилятора K3G250-RD43-01 П2/3 = 640 •2 / 3 = 426 м3/час (см. характеристики), площади поперечного сечения воздушного канала S = 4730.77 мм2 и длине ребра радиатора L = 0.3 м. Коэффициент конвекции можно определить по этим характеристикам на нашем сайте в статье Формулы расчета радиатора охлаждения.
Материал назначается с помощью команды Назначение материала. В этом окне все понятно. Самое сложное позади, впереди нас ждет непосредственно расчет!
Хорошо, можно нажимать команду Анализы и исследования. В одноименном диалоговом окне нажимаем Настройка параметров выполнения , где задаем необходимо выделить для расчета побольше оперативной памяти. Предпочтительнее задавать не меньше 4000 Гб ОЗУ. Хотя на скорость расчетов сильно влияет и процессор, особенно когда их несколько. Нажимаем ОК.
В окне Анализы и исследования продолжаем задавать условия. Выполним команду меню Файл > Новый стационарный тепловой. В нем все необходимое нам должно быть уже выбрано: набор ограничений и набор нагрузок. Остальные параметры пусть останутся по умолчанию. Нажимаем ОК. В окне Анализы и исследования нажимаем наконец Начать выполнение. Для просмотра работы можно выполнить затем команду Показать состояние исследования и отслеживать каждый этап выполнения расчета. Ведь расчет может занять порядочное время! Для ускорения рачета нам можно было бы упростить модель - убрать лишние отверстия на радиаторе, в подложке прибора, убрать скругления, фаски и т.д.
Результаты расчета
Вот, наконец, мы дождались выполнения расчета. Можно нажимать ОК в диалоговом окне Диагностика:Анализ... В окне Анализы и исследования нажимаем кнопку Проверка результатов исследования конструкции и конечно-элементного анализа.
Теперь необходимо настроить просмотр отчета по расчету в диалоговом окне Определение окна результатов. Выбираем все как на Рис.17 и нажимаем кнопку ОК и показать.
На этом все, можно полюбоваться на произведенный расчет. Creo 3 неплохо делает расцветку! Побалуйтесь с настройками отображения в диалоговом окне Определение окна результатов (если закрыть текущее окно Результаты моделирования и снова нажать кнопку кнопку Проверка результатов исследования конструкции и конечно-элементного анализа в окне Анализы и исследования). В окне Результаты моделирования попробуйте определить температуры разных точек радиатора и помощью инструмента Динамический запрос. Впечатляет!
Если результаты расчета не удовлетворяют необходимо изменить конструкцию радиатора, поставить другой вентилятор, изменить размер воздушного канала или изменить ориентацию прибора. Вариантов очень много, Creo 3 легко отработает их!
Вы спросите, а как же тепловое сопротивление между диодной сборкой и радиатором. Посмотрим документацию на Диодную сборку LD411660 PowerEx. В характеристике Thermal Resistance, Case to Sink Lubricated (RΘC-S Per Module) указано значение сопротивления с учетом теплопроводящей пасты 0.01 °C/W. Просто посчитаем перегрев: 680 Вт •0.01 °C/W = 6,8°C. На такую величину будет перегреваться диодный модуль относительно радиатора под ним.
Картинка получилась красивая, но на практике, она должна быть асимметричная - вытянутая в направлении воздушного потока (при обдуве с торца). В хвосте - перегрев.