 |
هیت سینک دیسک پشته
معرفی
این مثال اثرات خنک کنندگی یک هیت سینک پشته دیسک را بر روی یک قطعه الکترونیکی مطالعه می کند. شکل هیت سینک ( شکل 1 را ببینید ) چندین دیسک آلومینیومی نازک را نشان می دهد که در اطراف یک ستون توخالی مرکزی انباشته شده اند. چنین پیکربندی اجازه می دهد تا سطوح بزرگ پره های آلومینیومی توسط هوا در دمای محیط خنک شود.
شکل 1: توزیع دمای سطحی حالت پایدار دستگاه الکترونیکی.
برای ارزیابی کارایی هیت سینک، این آموزش از یک تحلیل حرارتی اولیه معمولی در سطح تخته پیروی می کند. ابتدا شبیه سازی برد با چند مدار مجتمع (IC) انجام می شود. سپس، سینک حرارتی پشته دیسک به بالای قطعه الکترونیکی داغ اصلی اضافه می شود تا اثرات خنک کننده را مشاهده کند. قسمت نهایی یک لایه مسی را به پایین برد اضافه می کند تا توزیع دمای یکنواخت تری به دست آورد و ببیند که چگونه بر انتقال حرارت در برد مدار تأثیر می گذارد.
این تمرین تعدادی از تکنیک های مدل سازی مهم مانند ترکیب جامدات و پوسته های سه بعدی و استفاده از شرایط مرزی لایه نازک هنگام جایگزینی هندسه های نازک سه بعدی با مرزهای دو بعدی را برجسته می کند.
تعریف مدل
هندسه
شکل 2 نشان می دهد که اولین هندسه مورد مطالعه از یک برد مدار با چندین آی سی بر روی آن ساخته شده است.
شکل 2: هندسه اول بدون هیت سینک.
این تجزیه و تحلیل حرارتی معمولی در سطح برد، مشخصات دمایی را در داخل و اطراف یک تراشه پرقدرت تعیین می کند. برد مدار چاپی معمولاً از چندین لایه از مواد FR4 (مقاوم در برابر شعله 4) و آثار مسی در امتداد برد تشکیل شده است. از این رو، هدایت حرارتی در طول تخته بسیار بالاتر از رسانایی از طریق آن است. در COMSOL Multiphysics می توان چندین رویکرد را برای شبیه سازی چنین بردی در نظر گرفت. این مثال از یک رویکرد سطح کلان استفاده می کند و یک برد PC همگن با خواص مواد حرارتی ناهمسانگرد را فرض می کند. در این حالت، انتشار گرما از طریق برد و همرفت طبیعی با هوای محیط برای خنک کردن کافی تراشه کافی نیست. از این رو، یک هیت سینک پشته دیسک برای افزایش منطقه خنک کننده موثر تراشه مورد نیاز است.
در مورد مواد
بسته های آی سی و برد PC که روی آن نصب شده اند باید تعریف شوند. در واقع، این اجزا ساختار بسیار دقیقی دارند و از مواد مختلفی ساخته می شوند. با این حال، برای تجزیه و تحلیل سطح برد مانند تحلیل حاضر، به جای در نظر گرفتن خصوصیات حرارتی یک برد رایانه شخصی چندلایه، که معمولاً از چندین قطعه تشکیل شده است، بسیار ساده تر است که همه این ساختارهای دقیق را به مواد همگن واحد برای هر جزء تبدیل کنیم. لایه‌های FR4 (عایق) با لایه‌هایی از آثار مس در هم آمیخته است. نتیجه حرارتی این ساخت و ساز این است که هدایت حرارتی در امتداد تخته به طور قابل توجهی بیشتر از عبور از آن است. مقادیر خصوصیات فیزیکی به تعداد لایه ها، چگالی خطوط و تعداد vias (ارتباطات متقابل بین لایه ها) در واحد سطح بستگی دارد.x , y ) و جهت متعامد z . آن خواص در جدول 1 ارائه شده است . واحدها W/(m·K) برای هدایت حرارتی، kg/m3 برای چگالی و J/(kg·K) برای ظرفیت حرارتی هستند.
مواد | رسانایی | تراکم | ظرفیت گرمایی |
فلز مس | 400 | 8700 | 385 |
FR-4 | 0.3 | 1900 | 1369 |
آلومینیوم | 160 | 2700 | 900 |
بسته های آی سی (شیشه سیلیکا) | 1.38 | 2203 | 703 |
برد PC (جهت های x، y و z) | {80، 80، 0.3} | 1900 | 1369 |
پیکربندی حرارتی
در این مشکل، تراشه مرکزی بزرگ 20 وات را پراکنده می کند، آرایه تراشه های کوچکتر هر کدام 1 وات و دو تراشه دراز هر کدام 2 وات هستند. منبع حرارت حجمی با تقسیم توان حرارتی بر حجم آی سی در نظر گرفته شده محاسبه می شود.
در این مثال، شما فرض می‌کنید که یک فن برد را خنک می‌کند و یک ضریب انتقال حرارت همرفتی را برای شار حرارتی مرزی مشخص می‌کنید. در اینجا، شما به دنبال یک محاسبه اندازه اولیه می‌گردید و به سادگی یک ضریب همرفتی، h را 20 W/(m 2 ·K) فرض می‌کنید. این مربوط به دمیدن هوا توسط یک فن با سرعت تقریبی 1 متر بر ثانیه در صفحه است. دمای هوا در کل فرآیند مدل سازی روی T 0 = 273.15 K تنظیم می شود.
بدون هیت سینک، افزایش دما در تراشه اصلی بالاتر از حداکثر دمای عملیاتی است. هیت سینک روی دیسک انباشته، ناحیه موثر را افزایش می دهد و بنابراین تراشه را بیشتر خنک می کند. این هیت سینک از مجموعه ای از دیسک های نازک تشکیل شده است که توسط یک ستون توخالی مرکزی پشتیبانی می شود که با پایه آلومینیومی متناسب با اندازه تراشه روی تراشه نصب شده است. هیت سینک به صورت خشک نصب می شود و بنابراین باید مقاومت تماس را در نظر بگیرد. شکل 3 هندسه جدید را با تراشه اصلی مجهز به هیت سینک نشان می دهد.
شکل 3: هندسه کامل برد PC مجهز به هیت سینک.
اتصال حرارتی بین آی سی و هیت سینک اضافه شده با استفاده از شرایط مرزی تماس حرارتی ایجاد می شود . ضریب انتقال حرارت را در دو سطح در تماس مطابق با (1.9 در مرجع 1 ) فراهم می کند:
این عبارت شامل دو پارامتر مربوط به ناهمواری‌های میکروسکوپی سطح می‌شود: σ ، میانگین ارتفاع ناهمواری‌ها، و m ، شیب متوسط ناهمواری‌ها. در این حالت σ و m به ترتیب 1 μm و 0.5 تنظیم می شوند . ریزسختی ماده نرمتر، Hc ، در اینجا سختی آلومینیوم برابر با 165 مگاپاسکال است . فشار تماس، p ، روی 20 کیلو پاسکال تنظیم شده است. فاصله k رسانایی حرارتی مربوط به ماده موجود در شکاف بینابینی است که در اینجا فرض می شود هوا در فشار اتمسفر است. برابر با 0.025 W/(m·K) است.
مقدار طراحی 0.3 میلی متر برای ضخامت باله ها و ستون توخالی مرکزی انتخاب شده است.
در نهایت، قسمت آخر امکان یکنواخت کردن توزیع دما در برد PC را بررسی می‌کند. به عنوان مثال، یک لایه مس 0.4 میلی متری در تمام سطح زیرین تخته اضافه کنید. بخش قبل موفقیت چندانی را برای این رویکرد پیشنهاد نمی کند. با این حال، بررسی چنین تحلیلی برای مقایسه جالب است. در COMSOL Multiphysics، این کار به راحتی با استفاده از شرط مرزی لایه نازک انجام می شود .
نتایج و بحث
شکل 4 میدان دمای ثابت روی سطوح تخته و تراشه ها را در کلوین نشان می دهد. ناحیه مرکزی IC نسبتاً داغ می شود (337 K) و نیاز به خنک کننده اضافی دارد.
شکل 4: توزیع دمای برد PC بدون هیت سینک.
همانطور که شکل 5 نشان می دهد، یک گرادیان حرارتی تند بین آی سی و پایه هیت سینک وجود دارد که ناشی از مقاومت تماس و خنک شدن قابل توجه توسط پره های هیت سینک است. حداکثر دمای دستگاه اکنون به 313 کلوین کاهش یافته است که 24 کلوین کمتر از دمای بدون هیت سینک است.
شکل 5: توزیع دمای برد PC با هیت سینک آن.
در نهایت، شکل 6 نشان می دهد که افزودن یک لایه مس در پایین صفحه مدار بی اثر است. این پدیده با این واقعیت موافق است که مواد تخته مدار دارای هدایت حرارتی نسبتاً ضعیفی در امتداد محور عمودی z (متعامد به صفحه PC) هستند.
شکل 6: توزیع دمای برد PC با سینک حرارتی آن و یک لایه مس در پایین
نکاتی درباره پیاده سازی COMSOL
در این نرم افزار از رابط Heat Transfer in Thin Shells برای مدل سازی رفتار حرارتی باله ها استفاده کنید. تعداد عناصر به طور قابل توجهی کاهش می یابد زیرا به جای ایجاد یک هندسه سه بعدی نازک، تنها یک لایه دو بعدی مشبک شده است.
منابع
1. AD Kraus and A. Bejan, Heat Transfer Handbook , John Wiley & Sons, 2003.
مسیر کتابخانه برنامه: ماژول_انتقال_گرما/تماس_تماس_و_اصطکاک/دیسک_پشته_هیت_سینک
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Heat Transfer>Heat Transfer in Solids (ht) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
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 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل disk_stack_heat_sink_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
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 . |
بلوک 1 (blk1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، CB_w را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن عمق ، CB_l را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، CB_t را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، -CB_w/2 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن y ، -CB_l/2 را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن z ، -CB_t را تایپ کنید . |
9 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
بلوک 2 (blk2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، IC1_w را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text IC1_l را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، IC1_t را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، -CB_w/2+IC1_w را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن y ، -CB_l/2+IC1_l را تایپ کنید . |
8 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
بلوک 3 (blk3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، IC2_l را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن عمق ، IC2_w را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، IC2_t را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، -60 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن y ، -60 را تایپ کنید . |
8 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
کپی 1 (کپی1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کنید و Copy را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی blk3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای کپی ، بخش Displacement را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن x ، محدوده 0 0 0 0 (30،30،60) 30 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن y ، range(25، 25، 100) 0 0 100 را تایپ کنید . |
6 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
بلوک 4 (بلک4)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، IC3_w را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text IC3_l را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، IC3_t را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، 40 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن y ، -50 را تایپ کنید . |
8 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
کپی 2 (کپی2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کنید و Copy را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی blk4 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای کپی ، بخش Displacement را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن y عدد 50 را تایپ کنید . |
5 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
تعاریف
آی سی ها، نوع 1
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، ICs را تایپ کنید، 1 را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 9 را انتخاب کنید. |
ممکن است با استفاده از پنجره Selection List انتخاب دامنه صحیح آسان تر باشد . برای باز کردن این پنجره، در نوار ابزار Home روی Windows کلیک کرده و Selection List را انتخاب کنید . (اگر از دسکتاپ کراس پلتفرم استفاده می کنید، ویندوز را در منوی اصلی پیدا می کنید.)
آی سی ها، نوع 2
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، ICs را تایپ کنید، تایپ 2 را در قسمت نوشتار Label وارد کنید. |
3 | فقط دامنه های 2-8 و 10 را انتخاب کنید.  |
آی سی ها، نوع 3
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، ICs را تایپ کنید، 3 را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه های 11 و 12 را انتخاب کنید. |
آی سی ها
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Union کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، ICs را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، آی‌سی را انتخاب کنید، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، شماره 1 را تایپ کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای Union ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
7 | در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
8 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، آی‌سی را انتخاب کنید، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، شماره 2 را تایپ کنید . |
9 | روی OK کلیک کنید . |
10 | در پنجره تنظیمات برای Union ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
11 | در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
12 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، آی‌سی را انتخاب کنید، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، شماره 3 را تایپ کنید . |
13 | روی OK کلیک کنید . |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Silica glass را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در درخت، Built-in>FR4 (Circuit Board) را انتخاب کنید . |
6 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
7 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
شیشه سیلیکا (mat1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials روی شیشه Silica (mat1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، آی سی ها را انتخاب کنید . |
FR4 (برد مدار) (mat2)
1 | در پنجره Model Builder ، روی FR4 (Circuit Board) (mat2) کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
در اینجا، برد PC نیاز به رسانایی حرارتی ارتوتروپیک دارد تا رسانایی ناشی از چندین مسیر مسی در صفحات xy برد را در نظر بگیرد.
3 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی گرمایی | {k11, k22, k33} ; گاو = 0 | {80,80,0.3} | W/(m·K) | پایه ای |
انتقال حرارت در جامدات (HT)
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Solids (ht) روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T ، T0 را تایپ کنید . |
منبع حرارت 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و منبع حرارت را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای منبع گرما ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، ICs، Type 1 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت منبع حرارت را پیدا کنید . از لیست منبع گرما ، نرخ گرما را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی P 0 ، P1 را تایپ کنید . |
منبع حرارت 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و منبع حرارت را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای منبع گرما ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، ICs، Type 2 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت منبع حرارت را پیدا کنید . از لیست منبع گرما ، نرخ گرما را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی P 0 ، P2*8 را تایپ کنید . |
منبع حرارت 3
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و منبع حرارت را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای منبع گرما ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، ICs، Type 3 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت منبع حرارت را پیدا کنید . از لیست منبع گرما ، نرخ گرما را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی P 0 ، P3*2 را تایپ کنید . |
شار حرارتی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Heat Flux را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات Heat Flux ، بخش Heat Flux را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع شار ، شار حرارتی همرفتی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن h ، htc را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن T ، T0 را تایپ کنید . |
در ادامه، مرزهای 1 تا 72 را انتخاب کنید. برای راحتی بیشتر، از دکمه انتخاب چسباندن استفاده کنید .
6 | قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . روی Paste Selection کلیک کنید .  |
7 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 1-72 را در قسمت متن Selection تایپ کنید . |
8 | روی OK کلیک کنید . |
مطالعه 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
دما (ht)
این اولین توزیع دما است. این به وضوح نشان می دهد که تراشه اصلی به خنک کننده کارآمدتری نیاز دارد. این هدف قسمت بعدی است که در آن یک هیت سینک پشته دیسک در بالای تراشه مرکزی اضافه خواهد شد.
هندسه 1
بلوک 5 (بلک5)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، IC1_w را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text IC1_l را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، IC1_t را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، -CB_w/2+IC1_w را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن y ، -CB_l/2+IC1_l را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن z ، IC1_t را تایپ کنید . |
9 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
سیلندر 1 (cyl1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، قسمت Object Type را پیدا کنید . |
3 | از لیست Type ، Surface را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، i_radius را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، t_h را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، IC1_t*2 را تایپ کنید . |
7 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . روی New کلیک کنید . |
8 | در کادر محاوره ای New Cumulative Selection ، Fins را در قسمت متن نام تایپ کنید . |
9 | روی OK کلیک کنید . |
10 | در پنجره تنظیمات برای سیلندر ، روی  Build Selected کلیک کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه  کار کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، قسمت تعریف هواپیما را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع هواپیما ، Face parallel را انتخاب کنید . |
4 | در شیء blk5 ، فقط مرز 4 را انتخاب کنید. |
5 | در فیلد متنی Offset در جهت عادی ، air_sp را تایپ کنید . |
6 |  روی Show Work Plane کلیک کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> دایره 1 (c1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Circle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دایره ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، i_radius را تایپ کنید . |
4 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> دایره 2 (c2)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Circle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دایره ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، o_radius را تایپ کنید . |
4 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> تفاوت 1 (dif1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Difference را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی c2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش تفاوت را پیدا کنید . |
4 | زیربخش اشیاء را برای تفریق پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
5 | فقط شی c1 را انتخاب کنید. |
6 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Geometry 1 روی Work Plane 1 (wp1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، بخش Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . |
3 | زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از فهرست مشارکت در ، Fins را انتخاب کنید . |
4 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
آرایه 1 (arr1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کنید و Array را انتخاب کنید . |
2 | فقط شیء wp1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات آرایه ، بخش Size را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع آرایه ، خطی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن Size ، n_fins را تایپ کنید . |
6 | قسمت Displacement را پیدا کنید . در قسمت متن z ، air_sp را تایپ کنید . |
7 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از فهرست مشارکت در ، Fins را انتخاب کنید . |
8 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Aluminium را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در درخت، Built-in>Aluminium را انتخاب کنید . |
6 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
7 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
آلومینیوم (mat3)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials روی آلومینیوم (mat3) کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه 10 را انتخاب کنید.  |
پره های آلومینیومی
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials روی آلومینیوم 1 (mat4) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، در قسمت نوشتار Label ، Aluminium Fins را تایپ کنید. |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، Fins را انتخاب کنید . |
لازم است یک ماده آلومینیومی دوم اضافه شود زیرا ماده اول در سطح هندسی متفاوتی استفاده می شود.
انتقال حرارت در جامدات (HT)
شار حرارتی 1
مرزهای خارجی تازه ایجاد شده پایه هیت سینک را اضافه کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Solids (ht) روی Heat Flux 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای شار گرما ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای Paste Selection ، 49 50 52 64 115 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
تماس حرارتی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Thermal Contact را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تماس حرارتی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 51 را در قسمت انتخاب متن تایپ کنید. |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای تماس حرارتی ، بخش تماس حرارتی را پیدا کنید . |
7 | از لیست h g ، رسانایی گاز شکاف صفحه موازی را انتخاب کنید . |
8 | قسمت Contact Surface Properties را پیدا کنید . در قسمت متن p ، 20[kPa] را تایپ کنید . |
9 | در قسمت متن Hc ، 165[MPa] را تایپ کنید . |
10 | برای گسترش بخش Gap Properties کلیک کنید . از لیست k gap ، User defined را انتخاب کنید . |
فیزیک را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Add Physics کلیک کنید تا پنجره Add Physics باز شود . |
2 | به پنجره Add Physics بروید . |
3 | در درخت، انتقال حرارت > ساختارهای نازک> انتقال حرارت در پوسته ها (htlsh) را انتخاب کنید . |
4 | برای گسترش بخش Dependent Variables کلیک کنید . در قسمت متن دما ، T را تایپ کنید . |
یک رابط فیزیک جدید در اینجا مورد نیاز است تا خنک کننده همرفتی خارج از صفحه را در نظر بگیرد. در انتخاب رابط فیزیک، شما باید از همان متغیر دما، T برای جفت کردن دو رابط فیزیکی استفاده کنید.
5 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Physics ، روی  Add Physics کلیک کنید تا پنجره Add Physics بسته شود . |
انتقال حرارت در پوسته (HTLSH)
1 | در پنجره تنظیمات برای انتقال حرارت در پوسته ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
2 | از لیست انتخاب ، Fins را انتخاب کنید . |
شار حرارتی، رابط 1
1 | روی Component 1 (comp1)> Heat Transfer in Shells (htlsh) کلیک راست کرده و Interfaces> Heat Flux, Interface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای شار گرما ، رابط ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Fins را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Heat Flux را پیدا کنید . از لیست نوع شار ، شار حرارتی همرفتی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن h ، htc را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن T ، T0 را تایپ کنید . |
مواد
پره های آلومینیومی (mat4)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials روی پره های آلومینیومی (mat4) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
ضخامت | lth | e_fins | متر | پوسته |
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
4 | کلیک راست کرده و Add Study را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 2
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
دما (ht) 1
در پنجره Model Builder ، گره Results>Temperature (ht) 1 را گسترش دهید .
انتخاب 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Temperature (ht) 1> Surface 1 را گسترش دهید، سپس روی Selection 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه مرزها را انتخاب کنید . |
سطح 2
1 | در پنجره Model Builder ، در Results>Temperature (ht) 1 روی Surface 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . |
3 | از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
سطح 3
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface 3 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای سرفیس ، قسمت عنوان را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
دما (ht) 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Temperature (ht) 1 کلیک کنید . |
2 | در نوار ابزار دما (ht) 1 ، روی  Plot کلیک کنید . |
این مشخصات دما پس از اضافه شدن هیت سینک است. هیت سینک به طور قابل توجهی میانگین دمای تراشه اصلی را کاهش می دهد.
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Copper را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
انتقال حرارت در جامدات (HT)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی انتقال حرارت در جامدات (ht) کلیک کنید .
لایه نازک 1
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  Boundaries کلیک کنید و لایه نازک را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات لایه نازک ، بخش مدل لایه را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع لایه ، تقریب حرارتی نازک را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرز 3 را انتخاب کنید. |
مواد
مس (mat5)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials روی Copper (mat5) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرز 3 را انتخاب کنید. |
5 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
ضخامت | lth | e_fins | متر | پوسته |
مطالعه 2
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
دما (ht) 1
این مشخصات دما پس از اضافه شدن لایه مس است. هیچ اثر قابل توجهی به دلیل این اصلاح مشاهده نمی شود.
به منظور تجسم دما در هر طرف تماس حرارتی، مراحل بعدی را دنبال کنید.
دما (ht) 1.1
روی Temperature (ht) 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید .
سطح 2
در پنجره Model Builder ، در Results>Temperature (ht) 1 روی Surface 2 کلیک راست کرده و Delete را انتخاب کنید .
سطح 3
در پنجره Model Builder ، روی Surface 3 کلیک راست کرده و Delete را انتخاب کنید .
سطح 2
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Temperature (ht) 1.1 را گسترش دهید ، سپس روی Surface 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، برای گسترش بخش Inherit Style کلیک کنید . |
3 | از لیست Plot ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
سطح 1
در پنجره Model Builder ، در Results>Temperature (ht) 1.1 روی Surface 1 کلیک راست کرده و Delete را انتخاب کنید .
دمای تماس (ht)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی Temperature (ht) 1.1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، دمای تماس (ht) را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
وارونه
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results>Contact temperatures (ht) روی Surface 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، Upside را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Expression را پیدا کنید . |
4 | چک باکس Description را انتخاب کنید . در فیلد نوشتاری مرتبط، Upside temperature را تایپ کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
6 | در کادر محاوره ای Color Table ، Thermal>HeatCameraLight را در درخت انتخاب کنید. |
7 | روی OK کلیک کنید . |
جنبه منفی
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results>Contact temperatures (ht) روی Surface 3 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، Downside را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Expression را پیدا کنید . |
4 | چک باکس Description را انتخاب کنید . در فیلد نوشتاری مرتبط، Downside temperature را تایپ کنید . |
تغییر شکل
1 | در پنجره Model Builder ، گره Upside را گسترش دهید ، سپس روی Deformation کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تغییر شکل ، بخش مقیاس را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی Scale factor ، عدد 5 را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار دماهای تماس (ht) ، روی  Plot کلیک کنید . |
در نهایت، حداکثر دمای قطعه را بررسی کنید.
حداکثر دما
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  More Derived Values کلیک کنید و Maximum>Volume Maximum را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات Volume Maximum ، Maximum Temperature را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست مجموعه داده ، مطالعه 2/راه حل 2 (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Selection را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
تی | ک | حداکثر دما |
6 |  روی ارزیابی کلیک کنید . |
