Студентам предоставляется уже готовый файл geo2.brk, содержащий описание конечно-элементной разбивки расчетного объекта, состоящего из 6-ти фрагментов (рис. 3.1).
Необходимо создать рабочий каталог проекта (например, ...\User\Моделирование\Lab2).
Студенты должны самостоятельно сформировать проект расчета. Параметры материалов и их связи с фрагментами конечно-элементной модели приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 – Исходные данные для расчета.
Имя материала
Теплопроводность по осям X, Y, Z
Плотность
тепловыделения
Фрагмент №
Плата
0.01
---
0, 1, 3, 5
Элемент_2
0.5
950 000
Элемент_4
0.5
1 500 000
Процесс охлаждения платы, моделирование которого будет проводиться, предусматривает охлаждение всей платы (включая оба тепловыделяющих элемента), внешним охлаждающим устройством, а также дополнительное охлаждение тепловыделяющего фрагмента №2 с помощью отдельного устройства.
Целью моделирования является подбор таких коэффициентов теплоотдачи, что бы на тепловыделяющих фрагментах №2 и №4 поддерживалась заданная температура. Температура среды для коэффициентов теплоотдачи принимается равной 30°C. При этом предполагается, что теплопроводность платы достаточно мала и тепловыделяющие элементы очень слабо влияют на температурное состояние друг друга.
Необходимо подобрать коэффициентов теплоотдачи таким образом, что бы на фрагменте № 2 температура соответствовала 65°C, а на фрагменте № 4 100°C с точностью до 0.5 градуса.
Расчет №1.
Создадим граничные условия с именами «Теплоотдача на плате»: температура среды 30°C, коэффициент теплоотдачи 100Вт/(К*м²), и «Кулер»: температура среды 30°C, коэффициент теплоотдачи 100Вт/(К*м²).
Выберем одну из поверхностей платы и свяжем граничное условие «Теплоотдача на плате» с поверхностями фрагментов №№ 0, 1, 2, 3 и 5, а граничное условие «Кулер» с поверхностью фрагмента №2.
После проведения расчета температура на фрагменте №2 будет соответствовать 121.36°C, а на фрагменте № 4 174.25°C.
Расчет №2.
Оценив результаты расчета №1, изменим значение коэффициента теплоотдачи граничного условия «Теплоотдача на плате» на значение 200Вт/(К*м²), и коэффициент теплоотдачи граничного условия «Кулер» также на значение 200Вт/(К*м²).
После проведения расчета температура на фрагменте №2 будет соответствовать 76.577°C, а на фрагменте №4 103.54°C.
Расчет №3.
Оценив результаты расчета №2, изменим значение коэффициента теплоотдачи граничного условия «Теплоотдача на плате» на значение 210Вт/(К*м²), а коэффициент теплоотдачи граничного условия «Кулер» на значение 250Вт/(К*м²).
После проведения расчета температура на фрагменте №2 будет соответствовать 67.445°C, а на фрагменте №4 100.1°C.
Таким образом, необходимый температурный режим на фрагменте №4 достигнут.
Расчет №4.
Оценив результаты расчета №3, изменим значение коэффициента теплоотдачи граничного условия «Кулер» на значение 265Вт/(К*м²).
После проведения расчета температура на фрагменте №2 будет соответствовать 65.364°C, а на фрагменте №4 100.1°C.
Таким образом, необходимый температурный режим на фрагментах №2 и №4 достигается при значениях коэффициентов теплоотдачи равных соответственно 265 и 210Вт/(К*м²).
Варианты заданий для лабораторной работы №3
Необходимо самостоятельно решить задачу подбора оптимальных коэффициентов теплоотдачи для поддержания заданного температурного режима тепловыделяющих элементов платы по индивидуальным вариантам исходных данных. Варианты исходных данных для расчета приведены в таблице 3.2 Для всех вариантов температура среды для коэффициентов теплоотдачи принимается равной 30°C.
Таблица 3.2 – Варианты исходных данных
№ вар.
Фрагмент №
Теплопроводность
Плотность
тепловыделения
Температурный режим
1.
0, 1, 3, 4
0,01
---
---
1,5
1 000 000
1,5
1 200 000
2.
0, 1, 3, 4
0,01
---
---
1,5
1 000 000
1,5
1 200 000
3.
0, 1, 3, 4
0,01
---
---
1,5
1 000 000
1,5
1 200 000
4.
0, 1, 3, 4
0,01
---
---
1,5
1 000 000
1,5
1 200 000
5.
0, 1, 3, 4
0,01
---
---
1,5
950 000
1,5
1 500 000
6.
0, 1, 3, 4
0,01
---
---
1,5
950 000
1,5
1 500 000
7.
0, 1, 3, 4
0,01
---
---
1,5
950 000
1,5
1 500 000
8.
0, 1, 3, 4
0,01
---
---
1,5
950 000
1,5
1 500 000
9.
0, 1, 3, 4
0,01
---
---
1,5
850 000
1,5
1 000 000
10.
0, 1, 3, 4
0,01
---
---
1,5
850 000
1,5
1 000 000
11.
0, 1, 3, 5
0,01
---
---
1,5
850 000
1,5
1 000 000
12.
0, 1, 3, 4
0,01
---
---
1,5
850 000
1,5
1 000 000
13.
0, 1, 3, 4
0,01
---
---
1,5
1 000 000
1,5
800 000
14.
0, 1, 3, 4
0,01
---
---
1,5
1 000 000
1,5
800 000
15.
0, 1, 3, 4
0,01
---
---
1,5
1 000 000
1,5
800 000
16.
0, 1, 3, 4
0,01
---
---
1,5
1 000 000
1,5
800 000
17.
0, 1, 3, 4
0,01
---
---
1,5
1 300 000
1,5
1 300 000
18.
0, 1, 3, 4
0,01
---
---
1,5
1 300 000
1,5
1 300 000
19.
0, 1, 3, 4
0,01
---
---
1,5
1 300 000
1,5
1 300 000
20.
0, 1, 3, 4
0,01
---
---
1,5
1 300 000
1,5
1 300 000
21.
0, 1, 3, 5
0,01
---
---
0,5
1 000 000
0,5
1 200 000
Отчет о выполнении лабораторной работы должен содержать:
1. Титульный лист.
2. Рисунок с изображением платы и обозначением номеров фрагментов.
3. Вариант исходных данных для расчета.
4. Краткое описание цели моделирования.
5. Таблицу, содержащую значения коэффициентов теплоотдачи и соответствующих им температур на тепловыделяющих элементах, включая промежуточные значения, которые отражают процесс поиска решения.
6. Два рисунка, с изображением окна «Визуализатора результатов», на которых должны быть видны значения температур, соответствующие заданному в варианте температурному режиму, для каждого из двух тепловыделяющего элементов.
