CC BY
9
DOI: 10.6084/m9.figshare.5601937
УДК - 577+615.47+616-77+006.91
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ ПАРАМЕТР1В I КОНФ1ГУРАЦП ПЕРФОРАЦП КОРПУС1В РЕА НА ЕФЕКТИВШСТЬ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ТЕПЛОВОГО
РЕЖИМУ
Сл1жевський Андр1й Борисович1, Циганов Олег Васильович1 - науковий кер1вник
1 Одеський нацiональний полiтехнiчний унiверситет, Одеса, Украша Адреса для листування: Сл1жевський Андрш Борисович, мапстр
Мюце навчання: Одеський нацюнальний пол^ехшчний ушверситет, 65044, пр. Шевченка, 1, Одеса, Украша
Email: slizhevskyi.andrii@gmail.com
Анотащя. У статп представлено результати комп'ютерного моделювання г1дродинам1чних процеав, що протшають у корпус радюелектронного пристрою. Дослщжено вплив матер1алу корпусу, д1аметру перфорацшного отвору, положення отвору вщносно джерела тепла i додаткових отвор1в для подач1 холодного пов1тря на ефективнють охолодження. Ключов1 слова: тепловий режим, перфоращя, комп'ютерне моделювання.. Вступ. Забезпечення теплового режиму е необхiдною умовою для роботоздатностi будь -якого радюелектронного пристрою. Одним Í3 засобiв здiйснення охолодження е конвекцiйний теплообмш[1], однак, у бiльшостi випадкiв конвекцшного теплообмiну в герметичному корпусi не достатньо для забезпечення необхщного рiвня охолодження, тому потрiбно створити умови для зв'язку i3 навколишнiм середовищем, тобто зробити корпус перфорованим. Проте перфоращя робить можливим вплив зовшшшх негативних факторiв[2], наприклад механiчних, на пристрш, що знаходиться в середиш корпусу. Тому дослiдження особливостей перфорацп корпусу е актуальним питанням, ршення якого дозволить знайти комплексний тдхщ до вирiшення певних конструкторських задач. Iснуючi аналiтичнi методи розрахунку[3] е громiздкими i надто наближеними до певних типових варiантiв несучих конструкцш, тому було розроблено методику проведення комп'ютерного моделювання процесу конвекцшного та кондуктивного теплообмшу в корпус радюелектронно! апаратури (РЕА).
Матер1али i засоби дослщження. Матерiалом для дослiдження стала несуча конструкщя РЕА, представлена на рисунку 1, у якосп джерела тепла виступае радiатор, який розаюе 5Вт потужностi. Температура навколишнього середовища при цьому становить 20°С. У якосп системи для комп'ютерного моделювання було обрано САПР SolidWorks[4] з розширенням Flow
ISSN 2311-1100 CC-BY-NC
Simulation. Даний програмний продукт дозволяе розробити 3D модель самого корпусу для
дослщження та провести гiдродинамiчний аналiз з уама необхiдними налаштуваннями, а також дозволяе отримати результати у зручнш та наочнш формi.
в)
Рис.1. Несуча конструкщя, що дослiджуeться: а) зовшшнш вигляд; б) вигляд з прозорою
кришкою; в) корпус у nepepÍ3Í
Результати досл1дження. Вказана несуча конструкщя була розглянута виготовленою з АВС пластику та алюмiнiю. Температуру повггря в серединi корпусу та траекторп його руху зображенi на рисунку 2 для корпусу з АВС пластику та на рисунку 4 для алюмшю, аналопчно температури верхшх кришок корпусу зображено на рисунку 3 i рисунку 5.
Рис.2. Температура пов^ря та траекторп його руху в корпус з АВС пластику
ISSN 2311-1100 CC-BY-NC
У Kopnyci з АВС пластику максимальна температура досягае 102, 14°С., а у Kopnyci з
алюмiнiю максимальна температура становить 94, 38°С. З отриманих даних можна зробити висновок, що несуча конструкщя виконуе роль радiатора, алюмшевий корпус дозволяе досягти бiльш низько! температури за рахунок власно' високо' теплопровiдностi. З огляду таких властивостей наступш дослiдження проводяться з використанням алюмшевого корпусу.
У якостi еталону було виршено взяти корпус без верхньо! кришки (рис.6). Температура пов^ря в серединi корпусу та траекторп його руху зображенi на рисунку 7.
Рис.6. Корпус без верхньо'1 кришки.
Рис. 7. Траекторп руху пов^ря та його температура
У корпус без кришки максимальна температура становить 67, 09°С. Для обраного варiантy моделi рiзниця температур складае 27 °С, що пiдтверджyе необхщшсть у теплообмiнi з навколишнiм середовищем. Однак, необхiдно забезпечити захист вщ зовнiшнiх негативних впливiв, тому потрiбно дослiдити можливiсть зменшення площi перфорацп.
ISSN 2311-1100 CC-BY-NC
На рисунку 8 зображено корпус з отвором в цен^ верхньо! кришки, дiаметр вказаного
отвору впродовж дослщження змiнювався вщ 5 до 90мм. Графiк залежносп температури вiд дiаметра перфорацiйного отвору показано на рисунку 9.
Рис.8. Корпус з отвором у цен^ верхньо'1 крижки
Рис.9. Залежшсть температури вщ дiаметра перфорацiйного отвору
З графша видно, що зi збiльшенням дiаметра отвору якiсть охолодження пiдвищуeться, однак залежшсть досить нелшшна, це пояснюсться саме передачею тепла на корпус, отвори певних дiаметрiв не забезпечують достатнього контакту з навколишнiм середовищем для покращення конвекцiйного теплообмiну i при цьому погiршують можливiсть теплопередачi на корпус. При досягненнi отвором дiаметру у 80мм температура зрiвнюeться зi значенням температури без кришки, що говорить про вiдсутнiсть необхщносп «зайво'1» перфорацп. Проте, отвiр дiаметром у 80мм е занадто великим для захисту вщ зовнiшнiх впливiв, тобто, його необхiдно замiнити на масив бшьш малих за дiаметром отворiв.
Так як площа отвору у 80 мм е максимально необхщною, дане дослщження не виходить за межi ше'' площi. Для дослщу обрано три варiанти перфорацп (К - кiлькiсть отворiв), сумарна площа яко'' дорiвнюе площi отвору дiаметром 80мм: два отвори по 57мм (рис.10, а), чотири отвори по 40мм (рис.10, б), вiсiм отворiв по 28мм(рис.10, в). Графш з результатами дослiдження зображено на рисунку 11.
ш о Ä Щи> О С
1
в)
Рис.10. Корпус з рiзними варiантами перфорацп: а) два отвори по 57мм; б) чотири отвори по
40мм; в) вiсiм отворiв по 28мм
79 78 77 76 75 74 73 72 71 70 69 68 67 66 65
1ша?
d= 80м IM
:
1.5
4.5
7.5
Рис.11. Залежшсть температури вщ кшькосп 0TB0piB
З графшу видно, що температура вища за показник при одному отворi дiаметром 80мм, що говорить про те, що при дробленш отвору необхiдно враховувати дещо бiльшу площу, нiж площа одного великого отвору. Ч^ка нелiнiйнiсть графшу говорить про неможливiсть встановлення загально'1 для всiх випадкiв математично'1 залежносп, що пiдтверджуe необхiднiсть у комп'ютерному моделюваннi для кожного окремого випадку.
На практищ не завжди можливо розмiстити отвори саме над джерелом тепла, тому важливо дослщити особливосп змiщення перфорацп вiд джерела. Для дослщу було обрано корпус зi змiщенням отвору вiд центру вздовж бiльшоi сторони корпусу (рис.12). Моделювання проводилося для отворiв дiаметром 20 i 40мм, при змiщеннi(r) вщ центру на 10, 20 та 30мм. Результати дослщження приведенi на рисунку 13.
Рис.12. Корпус 3i змщенням перфорацшного отвору
100
98
96
94
92
90
88
86
84
82
80
78
76
d =20т дм
d= =40м гм
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
Рис.13 Залежшсть охолодження вщ змщення перфорацшного отвору
З графшу видно, що вплив змщеного отвору щшьно пов'язаний з його дiаметром. Змiщення отвору дозволяе знайти деяке оптимальне значення мiж охолодженням через теплопередачу на корпус i конвекцiею з оточуючим середовищем.
ISSN 2311-1100 CC-BY-NC
Попередш дослщження проводилися при наявност 0TB0piB лише у верхнш стiнцi корпусу,
гаряче повпря виходило через нього i тим самим перешкоджало входженню холодного пов^я в середину корпусу. Очевидно, що для покращення охолодження необхiдно збшьшити кiлькiсть холодного повiтря, яке приходить до джерела тепла.
Для даного дослщження було взято корпус з отвором дiаметром 20мм розташованим у центрi верхньо'1' кришки та аналопчш отвори в однiй бiчнiй стшщ та в двох бiчних стшках (рис.14). Траекторп руху повiтря та його температура показан на рисунках 15 та 16, для порiвняння аналопчш даш для корпусу без додаткових отворiв показанi на рисунку 17. Загальна залежшсть температури вщ наявностi додаткових отворiв (К - кшьюсть отворiв) для охолодження розмщена на рисунку 18.
Рис.14. корпус з додатковим отвором у бiчнiй стшщ
Рис.15. Траeкторiя руху повпря та його температура для корпусу з додатковим отвором у однш
бiчнiй стiнцi.
Рис.16. Траекторiя руху пов^ря та його температура для корпусу з додатковими отворами у
обох бiчних стшках
Рис.17. Траекторiя руху пов^ря та його температура для корпусу без додаткових отворiв
Максимальна температура у корпус без отворiв у бiчних стiнках складае 93,72°С, у корпусi з одним додатковим отвором - 81,13 °С, у випадку з двома додатковими отворами -61,5°, це значення менше шж температура в корпус без кришки 67, 09°, це пов'язано з вщстанню яку проходить холодне повггря до радiатора. На рисунку 15 i 16 чiтко видно як порци додаткового повiтря омивають радiатор i тим самим зменшують його температуру.
Рис.18. Характеристика залежносп якост охолодження вщ додаткових otbopíb для притоку
холодного повiтря
Даний дослщ доводить, що для ефективного забезпечення теплового режиму необхщно конструювати перфорацiю таким чином, щоб вщтш гарячого повiтря не перешкоджав притоку холодного пов^я, до того ж вщстань вiд приточних отворiв до об'екту охолодження повинна бути як можна меншою.
Обговорення результат1в. Використання комп'ютерного моделювання гiдродинамiчих процесiв при конструюванш РЕА дозволяе ретельно дослщити процеси теплопереносу в корпусi пристрою, розробити ефективну перфоращю конструкцп, а саме таку, яка забезпечуючи необхщний тепловий режим не виходить за межеш захисту вiд зовнiшнiх впливiв та не зменшуе механiчнi властивосп само! конструкцп.
ISSN 2311-1100 CC-BY-NC
СПИСОК ВИКОРИСТАНО1 Л1ТЕРАТУРИ:
1. Теория тепло - и массобмена/ Дульнев Г.Н. - СПб: НИУ ИТМО, 2012.-195 с.
2. Физические основы проектирования радиоэлектронных стредств: учеб. - метод. комплекс для студентов специальнсти 1 - 39 02 01 «Моделирование и компьютерное проектирование РЭС». В 2 ч. Ч 2/ Т. В. Молодечкина, В. Ф. Алексевеа, М. О. Молодечкин. - Новополоцк: ПГУ, 203. - 224с.
3. Конструирование радиоэлектронных устройств: лаб. Практикум для студ. спец. «Моделирование и компьютерное проектирование РЭС» и «Техническое обеспечение безопасности» днев. формы обуч./ Н. С. Образцов, А. М. Ткачук, Н.А. Смирнова. - Минск: БГУИР, 2007. - 34 с.: ил.
4. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной графике/ Алямовский А.А., Собачкин А.А., Одинцов Е. В., Харитонович А. И., Пономарев Н. Б., - СПб.: БХВ - Петербург. 2005. - 800с.: ил.
