خنک کننده همرفتی یک سلف Potcore
معرفی
سلف یک جزء مشترک در انواع وسایل الکتریکی مختلف است. کاربرد آن از تبدیل قدرت تا سیستم های اندازه گیری متغیر است. در دستگاههای کوچک با اجزای متعدد، مانند رایانههای لپتاپ، تولید گرما میتواند مشکل ساز باشد و باید در طراحی به آن توجه کرد. این نرم افزار انتقال حرارت را در یک سلف potcore که توسط خنک کننده همرفتی خنک می شود، توصیف می کند.

شکل 1: نمای سه بعدی از هندسه مدل.
جریان متغیر در مس باعث ایجاد میدان مغناطیسی می شود که توسط هسته فریت تقویت می شود. گرما در هسته و سیم پیچ به دلیل گرمایش مقاومتی ایجاد می شود.
این آموزش شامل گرمایش مقاومتی ناشی از جریان های القایی نمی شود، بلکه فرض می کند که مقدار خاصی از گرما به طور یکنواخت در هسته و مس ایجاد می شود.
این جزء توسط هوایی خنک می شود که از بالای هندسه وارد شده و از مرکز و قسمت پایین مرز بیرونی خارج می شود.
نتایج
شکل 2 توزیع سرعت را همراه با نمودار فلشی از همان میدان نشان می دهد. نمودار فلش نشان می دهد که جریان هوا بین مانع و هسته فریت بسیار نزدیک به صفر است. همچنین به ناحیه چرخش در پایین سمت راست توجه کنید.

شکل 2: نمودار بزرگی و فلش میدان سرعت.
توزیع دما در شکل 3 نشان داده شده است . دما در سیم پیچ مسی که بیشتر گرما در آن تولید می شود به حداکثر می رسد. واضح است که جریان هوا اثر خنک کنندگی بر روی دما دارد اگرچه این اثر بهینه نیست.

شکل 3: توزیع دما.

شکل 4: نمودار مقطعی شار تابشی خالص.
در تعادل حرارتی کلی، تشعشع مسئول حدود 10 درصد از کل اتلاف حرارت در حالت پایدار است. نمودار در شکل 4 نمودار مقطعی از شار تابشی خالص را در امتداد مرز داخلی، عمودی سوراخ مرکزی نشان می دهد ( شکل 1 را ببینید ). توجه داشته باشید که دور از انتهای باز، تابش ساطع و منعکس شده تقریباً توسط انرژی فرودی متعادل می شود، بنابراین حتی اگر سطح دما و تشعشع بالا باشد، شار خالص در این ناحیه کم است. بخش اصلی تلفات تشعشعی در عوض از خارج از سلف سرچشمه می گیرد.
نکاتی درباره پیاده سازی COMSOL
برای راهاندازی برنامه، از کوپلینگ چندفیزیکی از پیش تعریفشده Conjugate Heat Transfer ماژول انتقال حرارت استفاده کنید. برای تامین سرمایش قطعه، هوا با سرعت 1 متر بر ثانیه وارد دامنه در بالای هندسه می شود. برای گنجاندن جریان هوا، مدل از معادله ناویر-استوکس ضعیف تراکم پذیر استفاده می کند. ویسکوزیته و چگالی هوا و در نتیجه جریان هوا به دما بستگی دارد. از سوی دیگر، توزیع دما به جریان اطراف قطعه بستگی دارد. این بدان معناست که این مدل چندفیزیکی باید به طور همزمان حل شود. در این مدل متقارن محوری، برخی از سطوح در معرض تابش گرمای سایر سطوح قرار می گیرند، به این معنی که تابش سطح به سطح باید در نظر گرفته شود.
مسیر کتابخانه برنامه: ماژول_انتقال_حرارت/پاور_الکترونیک_و_خنک_کننده_الکترونیک/القاگر_پاتکور
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی
Model Wizard کلیک کنید .

مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی ![]() |
2 | در درخت Select Physics ، Heat Transfer>Conjugate Heat Transfer>Liminar Flow را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در درخت انتخاب فیزیک ، انتقال حرارت > تابش> تابش سطح به سطح (راد) را انتخاب کنید . |
5 | روی افزودن کلیک کنید . |
6 | ![]() |
7 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
8 | ![]() |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
Q_core | 7.64e4[W/m^3] | 76400 W/m³ | منبع حرارت در هسته |
Q_مس | 8.657e5[W/m^3] | 8.657E5 W/m³ | منبع حرارت در مس |
هندسه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد طول ، میلی متر را انتخاب کنید . |
مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width عدد 50 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 50 را تایپ کنید . |
5 | ![]() |
مستطیل 2 (r2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width عدد 30 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 20 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، 50 را تایپ کنید . |
6 | ![]() |
مستطیل 3 (r3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 18.5 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 29.4 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن r ، 2.7 را تایپ کنید . |
6 | ![]() |
مستطیل 4 (r4)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 8.95 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 20.3 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن r ، 8.85 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، 4.55 را تایپ کنید . |
7 | ![]() |
مستطیل 5 (r5)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 15 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن r ، 11 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، 7.2 را تایپ کنید . |
7 | ![]() |
مستطیل 6 (r6)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن ارتفاع ، 30 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن r ، 30 را تایپ کنید . |
5 | ![]() |
نقطه 1 (pt1)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Point ، بخش Point را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن r ، 50 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن z ، 20 را تایپ کنید . |
5 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
6 | ![]() |
این مرحله مدل سازی هندسه را کامل می کند. اکنون هندسه باید مانند شکل زیر باشد.

تعاریف
ویژگی های محیط 1 (apr1)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های محیط ، بخش شرایط محیط را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T amb ، 25[degC] را تایپ کنید . |
جریان آرام (SPF)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Laminar Flow (spf) کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه های 1 و 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره Settings for Laminar Flow ، بخش Domain Selection را پیدا کنید . |
4 | ![]() |
5 | در کادر محاوره ای Create Selection ، در قسمت متن Selection name، Air را تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
انتقال حرارت در جامدات و سیالات (HT)
مایع 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Solids and Fluids (ht) روی Fluid 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Fluid ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، هوا را انتخاب کنید . |
مواد
اکنون به تنظیم خواص مواد ادامه دهید.
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Air را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
مواد
آب (مت1)
به طور پیش فرض، اولین متریالی که اضافه می کنید در همه دامنه ها اعمال می شود. این تنظیم را حفظ کنید و مواد دیگری را اضافه کنید که خواص مواد را برای دامنههای انتخابی نادیده میگیرند.
فریت
1 | در نوار ابزار Materials ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، Ferrite را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 3 را انتخاب کنید. |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی گرمایی | k_iso ; kii = k_iso، kij = 0 | 5 | W/(m·K) | پایه ای |
تراکم | rho | 4800 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | 750 | J/(kg·K) | پایه ای |
مایلار
1 | در نوار ابزار Materials ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، Mylar را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 4 را انتخاب کنید. |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی گرمایی | k_iso ; kii = k_iso، kij = 0 | 0.2 | W/(m·K) | پایه ای |
تراکم | rho | 1393 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | 1000 | J/(kg·K) | پایه ای |
کوارتز
1 | در نوار ابزار Materials ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، کوارتز را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 6 را انتخاب کنید. |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی گرمایی | k_iso ; kii = k_iso، kij = 0 | 6.1 | W/(m·K) | پایه ای |
تراکم | rho | 2648 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | 759 | J/(kg·K) | پایه ای |
مواد را اضافه کنید
1 | به پنجره Add Material بروید . |
2 | در درخت، Built-in>Copper را انتخاب کنید . |
3 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
4 | در نوار ابزار Materials ، روی ![]() |
مواد
مس (mat5)
فقط دامنه 5 را انتخاب کنید.
فریت (مرز)
1 | در نوار ابزار Materials ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، فریت (مرز) را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 6، 8 و 17 را انتخاب کنید. |
5 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
انتشار سطحی | epsilon_rad | 0.2 | 1 | پایه ای |
کوارتز (مرز)
1 | در نوار ابزار Materials ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، Quartz (Boundary) را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 19، 21 و 24 را انتخاب کنید. |
5 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
انتشار سطحی | epsilon_rad | 0.8 | 1 | پایه ای |
انتقال حرارت در جامدات و سیالات (HT)
دما 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | فقط مرز 22 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات دما ، قسمت دما را بیابید . |
4 | از لیست T 0 ، دمای محیط (ampr1) را انتخاب کنید . |
جریان 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | فقط مرز 5 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Inflow ، بخش Upstream Properties را پیدا کنید . |
4 | از لیست T ustr ، دمای محیط (ampr1) را انتخاب کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | فقط مرزهای 2 و 26 را انتخاب کنید. |
منبع حرارت 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | فقط دامنه 5 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای منبع گرما ، بخش منبع گرما را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Q 0 ، Q_copper را تایپ کنید . |
منبع حرارت 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | فقط دامنه 3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای منبع گرما ، بخش منبع گرما را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Q 0 ، Q_core را تایپ کنید . |
جریان آرام (SPF)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Laminar Flow (spf) کلیک کنید .
ورودی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | فقط مرز 5 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای ورودی ، بخش Velocity را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی U 0 ، 1 را تایپ کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | فقط مرزهای 2 و 26 را انتخاب کنید. |
تابش سطح به سطح (RAD)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Surface-to-Surface Radiation (rad) کلیک کنید . |
2 | فقط مرزهای 6، 8، 17، 19، 21 و 24 را انتخاب کنید. |
سطح پراکنده 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Surface-to-Surface Radiation (rad) روی Diffuse Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای سطح پخش ، بخش Ambient را پیدا کنید . |
3 | از لیست T amb ، دمای محیط (ampr1) را انتخاب کنید . |
MULTIPHYSICS را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | به پنجره Add Multiphysics بروید . |
3 | در درخت، No Predefined Multiphysics Available برای واسط های فیزیک انتخاب شده را انتخاب کنید . |
4 | زیربخش Select the physics interfaces you want to coupled را پیدا کنید . در جدول، تیک Couple را برای جریان لایه (spf) پاک کنید . |
5 | در درخت، Heat Transfer>Radiation>Heat Transfer with Surface-to-Surface Radiation را انتخاب کنید . |
6 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
7 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
هنگامی که انتقال حرارت با تشعشع سطح به سطح اضافه میشود، کدورت دامنه پیشفرض روی « از رابط انتقال حرارت» تنظیم میشود ، به این معنی که حوزههای جامد به طور پیشفرض مات هستند در حالی که حوزههای سیال بهطور پیشفرض شفاف هستند. میتوانید این تنظیمات پیشفرض را با افزودن یک یا چند گره Opacity در زیر رابط تابش سطح به سطح لغو کنید .
مش 1
برای بهبود وضوح جریان سیال، از یک مش با کنترل فیزیک ریزتر استفاده کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مش ، قسمت Physics-Controlled Mesh را پیدا کنید . |
3 | از فهرست اندازه عنصر ، Finer را انتخاب کنید . |
4 | ![]() |
مطالعه 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ،
روی محاسبه کلیک کنید .

نتایج
دما، سه بعدی (ht)
نمودار سه بعدی پیشفرض توزیع دما با ایجاد یک چرخش از مجموعه داده متقارن محوری دوبعدی به دست میآید ( شکل 3 ).
خطوط همدما (ht)
این نمودار پیش فرض خطوط همدما را در سلف نشان می دهد.
1 | در پنجره Model Builder ، روی Contours Isothermal (ht) کلیک کنید . |
سطح پیکان 1
1 | در نوار ابزار Isothermal Contours (ht) ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Arrow Surface ، بخش Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 | از لیست رنگ ، خاکستری را انتخاب کنید . |
4 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Liminar Flow>Velocity and Press>u,w – Velocity را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار Isothermal Contours (ht) ، روی ![]() |
سرعت (spf)
این نمودار پیش فرض، بزرگی سرعت را در یک برش دو بعدی از هندسه متقارن محور نمایش می دهد. نمودار شکل 2 را با مراحل زیر بازتولید کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی Velocity (spf) کلیک کنید . |
سطح پیکان 1
1 | در نوار ابزار Velocity (spf) ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Arrow Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Liminar Flow>Velocity and Press>u,w – Velocity را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست رنگ ، سفید را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Velocity (spf) ، روی ![]() |
یک نمودار مقطعی از شار تابشی خالص مانند شکل 4 با مراحل زیر ایجاد کنید:
شار حرارتی تابشی
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، شار حرارت تابشی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
نمودار خطی 1
1 | در نوار ابزار Radiative Heat Flux ، روی ![]() |
2 | فقط مرز 6 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Surface-to-Surface Radiation>Radiative Heat flux>rad.rflux – Radiative heat flux – W/m² را انتخاب کنید . |
4 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش x-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Geometry>Coordinate>z – z-coordinate را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار Radiative Heat Flux ، روی ![]() |
در نهایت، دما و سرعت را با هم به صورت سه بعدی مانند تصویر کوچک مدل با استفاده از دو چرخش جزئی از مجموعه داده متقارن محوری دوبعدی نمایش دهید.
انقلاب 2 بعدی
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Datasets را گسترش دهید ، سپس روی Revolution 2D کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Revolution 2D ، برای گسترش بخش Revolution Layers کلیک کنید . |
3 | در قسمت متن زاویه شروع ، 30 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت نوشتار زاویه انقلاب ، 120 را تایپ کنید . |
انقلاب 2 بعدی 2
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Revolution 2D ، بخش Revolution Layers را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن زاویه شروع ، -75 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت نوشتار زاویه انقلاب ، 105 را تایپ کنید . |
دما و سرعت 3 بعدی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Velocity، 3D (spf) راست کلیک کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، روی Velocity, 3D (spf) 1 کلیک کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، دما و سرعت را 3D در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید. |
4 | قسمت Color Legend را پیدا کنید . تیک Show units را انتخاب کنید . |
سطح 2
1 | روی Temperature and Velocity 3D کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 | ![]() |
4 | در کادر محاوره ای Color Table ، Thermal>HeatCameraLight را در درخت انتخاب کنید. |
5 | روی OK کلیک کنید . |
سطح
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Revolution 2D 2 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار دما و سرعت سه بعدی ، روی ![]() |