5. Моделирование тепловых процессов в конструкции стабилизатора напряжения

1. Иерархический подход

Для исследования тепловых режимов работы устройства применяют иерархический подход. В его основе на принципе местного влияния, определяющем, что «любое местное возмущение температурного поля является локальным и не распространяется на отдалённые участки теплового поля». Применение иерархического подхода к исследованию тепловых процессов предусматривает выполнение следующих действий:

1. Сложное распределение источников и стоков тепловой энергии в пространстве упрощается путем определения интегральных значений, ставящихся в соответствие заданной области пространства.

2. Конструктивные элементы с неоднородной структурой заменяются условно однородными областями с эквивалентными теплофизическими свойствами.

3. Сложное пространственное распределение величин, описывающих теплообмен на границах областей, заменяются интегральными (усреднёнными) значениями.

Модель тепловых процессов (МТП) конструкции в целом, относящаяся к верхнему уровню иерархии, строят вручную в виде эквивалентной модели тепловых процессов. Модель печатного узла, относящаяся к нижнему уровню иерархии, строят с применением программного комплекса ТРиАНА. При этом пользователь описывает геометрию печатного узла, его ориентацию в пространств, задаёт мощности тепловыделения ЭРИ и граничные условвия, а сама МТП строится программой-автоматом.

2. Методика построения моделей тепловых процессов верхнего уровня

МТП устройства – это идеализированная схема представления путей распространения в конструкции ЭА тепловых процессов. В данном случае МТП верхнего уровня представляют в виде эквивалентнойтепловой цепи, структура которой разрабатывается пользователем. Методика разработки таких моделей состоит из трёх основных этапов:

1-ый этап. Идеализация конструкции. В зависимости от степени идеализации процессов теплообмена структура и состав МТП могут меняться. Поэтому МТП конструкции может существовать во множестве вариантов.

На данном этапе конструкцию разбивают на условно изотермичные зоны (объемы и поверхности), и объединяют их с помощью видов теплообмена (кондукции, конвекции и излучения), присутствующих в конструкции. Разбиение на условноизотермичные зоны зависит от конструктивных особенностей, условий охлаждения, требуемой точности моделирования и принимаемых допущений.При этом частью видов теплообмена, не играющих существенной роли, пренебрегают. В качестве условно изотермичных зон обычно рассматривают обособленные ЭРЭ, печатные узлы, микросборки, воздушные объемы, потоки теплоносителя и т.д.

Чем больше количество изотермичнх зон выделено в объекте моделирования, тем точнее модель, но выше её размерность. Основной недостаток моделей большой размерности – сложность их ручного ввода и изменения, что может приводить к ошибкам.

2-ой этап. Выделенным условноизотермичным зонам ставят в соответствие узлы МТП, применяя сквозную нумерацию.

3-ий этап. Узлы МТП соединяются между собой ветвями, моделирующими процессы теплообмена. Если в выделенной зоне рассеивается тепловая энергия в соответствующий узел МТП подключается источник тепловой мощности. Если для выделенного объема известна температура, то в соответствующий узел МТП подключается источник температуры.

В результате выполнения этих этапов получают МТП объекта моделирования.

Для облегчения восприятия МТП рекомендуется располагать узлы и ветви таким образом, чтобы обеспечивалась наглядная связь с пространственным расположением конструкции ЭА и её отдельных элементов.