مدل سازی خنک کننده PSU با COMSOL
با کوچک شدن دستگاه های الکترونیکی و چگالی توان رو به افزایش، مدیریت حرارتی کارآمد در قلب بسیاری از فعالیت های تحقیق و توسعه برای مهندسان الکترونیک قرار دارد. هنگام توسعه سیستم های کامل حاوی اجزای متعدد، طرح ها می توانند نسبتاً پیچیده شوند. نمونه ای از چنین طراحی می تواند یک واحد منبع تغذیه کامپیوتر (PSU) باشد که می تواند نه تنها شامل الکترونیک، بلکه چندین سینک حرارتی، فن های خنک کننده، توری های سوراخ دار و سایر اجزای بزرگ باشد – همه در یک محفظه کوچک. در این پست وبلاگ، ما برخی از ویژگی های اختصاصی موجود در ماژول انتقال حرارت برای مدل سازی چنین سیستم های خنک کننده الکترونیکی را بررسی خواهیم کرد.
مدل سازی یک سیستم خنک کننده همرفت اجباری
یک سیستم خنک کننده همرفت اجباری ، مانند PSU، برای حذف گرمای اضافی تولید شده توسط قطعات الکتریکی کامپیوتر استفاده می شود. اگرچه این اجزا برای تولید کمترین گرمای ممکن طراحی شدهاند، اما کاهش اندازه بسیاری از دستگاههای الکترونیکی به طور مداوم سیستمهای اتلاف گرما را به فضاهای کوچکتر محدود میکند و در نتیجه نیاز به طراحیهای بهینه و برنامهریزیشده دارد. در صورت گرم شدن بیش از حد مدارهای مجتمع، درایوهای دیسک، واحدهای پردازش مرکزی (CPU)، یا سایر اجزا، عدم دفع کافی گرما در رایانه میتواند منجر به اختلالات موقت یا حتی خرابی دائمی شود.
واحدهای منبع تغذیه حاوی یک سیستم خنک کننده برای کاهش فعال دمای دستگاه با تخلیه هوای گرم هستند. نمونه ای از هندسه PSU که برای دانلود از گالری مدل در دسترس است ، در زیر نشان داده شده است. هندسه شامل یک فن استخراج و همچنین یک گریل سوراخ دار برای هدایت جریان هوای آرام در داخل محفظه است. یک برد مدار چاپی (PCB) در امتداد پایین جعبه توسط یک ماده ناهمسانگرد با رسانایی حرارتی در امتداد محورهای x -، y – و z – به ترتیب 10، 10 و 0.36W/m/K نشان داده میشود.
همانطور که می بینید، هندسه مدل کاملاً پیچیده است و برای حل دقیق نیاز به یک مش ظریف دارد. مدلسازی جزئیات زیاد میتواند منجر به هزینههای محاسباتی زیادی شود، اما ماژول انتقال حرارت (یا به طور متناوب ماژول CFD، هر دو محصول افزودنی COMSOL Multiphysics ) ویژگیهای اختصاصی را برای غلبه بر این موضوع ارائه میدهد تا بتوانید به طور موثر اجزای سیستم خنککننده PSU را مدلسازی کنید. در مثال نشان داده شده در اینجا، PCB، سطوح سلف، هیت سینک و محفظه همه با استفاده از لایه بسیار رسانا مدل شده اند.ویژگی. این ویژگی به طور خاص برای شبیه سازی هندسه های نازک طراحی شده است و زمان محاسبات را کوتاه می کند و با کاهش درجات آزادی در مدل، مصرف حافظه را کاهش می دهد. علاوه بر این، فن را می توان با استفاده از شرایط مرزی فن که با ماژول انتقال حرارت و ماژول CFD نیز موجود است، مدل سازی کرد. دادههای مربوط به منحنی فن (فشار استاتیک در مقابل سرعت جریان)، که معمولاً توسط سازنده ارائه میشود، میتواند برای پیکربندی شرایط مرزی اضافه شود.
خنک کننده PSU: کدام قطعات بیش از حد گرم می شوند؟
دمای هوای ورودی که از داخل کیس کامپیوتر می آید، روی 30 درجه سانتیگراد تنظیم شده است تا گرمای خارج شده از سایر اجزا را منعکس کند. در زیر می توانید جدولی از اجزا و منابع حرارتی اختصاص داده شده برای آنها را مشاهده کنید:
اجزاء | توان کل (W) |
---|---|
هسته های ترانزیستور | 25 |
سیم پیچ ترانسفورماتور بزرگ | 5 |
کویل های ترانسفورماتور کوچک | 3 |
سلف ها | 2 |
خازن های بزرگ | 2 |
خازن های متوسط | 3 |
خازن های کوچک | 1 |
PSU حداکثر 230 وات مصرف می کند و اتلاف حرارت کلی 41 وات است که نرخ بازدهی حدود 82% را نشان می دهد. با اجرای یک تجزیه و تحلیل بر روی سیستم، میتوانیم تعیین کنیم که حداکثر دمای داخل دستگاه کجاست، همانطور که در زیر نشان داده شده است:
نموداری از میدان های دما و سرعت سیال در داخل محفظه.
تجزیه و تحلیل نشان می دهد که یک توزیع ناهمگون دما در داخل محفظه وجود دارد، به عنوان یک نتیجه از ترکیب اتلاف گرما به دلیل اجزای فعال (جدول بالا را ببینید) و خنک کننده هوا ناشی از فن. حداکثر دما (74 درجه سانتیگراد) در یکی از هسته های ترانزیستور یافت می شود، که منطقی است زیرا در جدول بالا اشاره کردیم که توان تلف شده در جزء ترانزیستور بزرگترین است. نمودار بالا همچنین نشان می دهد که PCB به توزیع گرما در داخل محفظه کمک می کند. جریان هوا نیز محاسبه شده است و نحوه جریان آن در اطراف موانع توسط خطوط جریان نشان داده شده است.
دانلود مدل
- مدل را از گالری مدل دانلود کنید: خنک کننده همرفت اجباری یک محفظه با فن و توری
- لینک دانلود به صورت پارت های 1 گیگابایتی در فایل های ZIP ارائه شده است.
- در صورتی که به هر دلیل موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید به ما اطلاع دهید.
برای مشاهده لینک دانلود لطفا وارد حساب کاربری خود شوید!
وارد شویدپسورد فایل : پسورد ندارد گزارش خرابی لینک
دیدگاهتان را بنویسید