МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ БЛОКА НАСТРОЙКИ И ПРОВЕРКИ

АННОТАЦИЯ

В данной статье будет рассмотрено решение задачи, связанной с проектированием систем охлаждения в промышленном производстве, на примере блока настройки и проверки. Блок настройки и проверки – это устройство, предназначенное для настройки и проверки зарядных станций Кедр-Авто, которые используются для зарядки автомобильных аккумуляторов. При выполнении теплового моделирования используются математические модели, которые позволяют изучать тепловое состояние объектов и управлять тепловыми процессами. Реализация тепловых исследований с использованием современного программного обеспечения была успешно протестирована и имеет возможность внедрения на производство.

Ключевые слова: SolidWorks, Flow Simulation, математическое моделирование, тепловой процесс, тепловое моделирование, конструкция.

Математическая модель (ММ) объекта – это набор математических элементов (чисел, переменных, матриц, множеств и так далее) и взаимосвязь между ними, которая достоверно показывает характеристики технических объектов, важные для инженеров, занимающихся их разработкой. Процесс проектирования и выполнения операций в САПР основаны на использовании математических моделей. С их помощью можно спрогнозировать характеристики и оценить возможность различных вариантов исполнений устройства, проверить, соответствуют ли они требованиям, оптимизировать параметры.

В рассматриваемом устройстве система охлаждения требуется для охлаждения трех силовых транзисторов IRFP350PBF и представляет собой радиатор и три вентилятора охлаждения EC5010H12B. На рисунке 1 изображена исследуемая система охлаждения с заранее заданными материалами каждого элемента сборки.

Рисунок 1. Исследуемая система охлаждения

Моделирование тепловых процессов было произведено при помощи дополнительного пакета Flow Simulation в САПР SolidWorks.

SOLIDWORKS Flow Simulation – это программное обеспечение, которое использует метод конечных объемов для моделирования потока общих параметров.

Для расчета требуется задаться областями вращения вентиляторов. Область вращения вентилятора представляет собой цилиндрическую деталь в сборке, высотой и диаметром такую же, как и пропеллер вентилятора.

Как правило, для удобства работы области вращения скрываются. Для начала следует задать скорость вращения вентиляторов, в нашем случае эта скорость 5000 об/мин. Процесс выбора области вращения и задания ее параметров показан на рисунке 2.

Рисунок 2. Процесс выбора области вращения и задания ее параметров

Обязательно устанавливаются области, препятствующие прохождению потоков воздуха, рисунок 3.

Рисунок 3. Поверхности, препятствующие потокам воздуха

Далее нам нужно задаться тепловым источником. Тепловым источником являются силовые транзисторы IRFP350PBF. В рассматриваемом устройстве их мощность тепловыделения 80 Ватт.

Следующим шагом выбираются цели расчета, нас интересует температура на транзисторах. Каждому транзистору зададим номер, рисунок 4.

Рисунок 4. Выбор цели расчета и точек измерения температур транзисторов

Проводим расчет, добавляем результаты в программу и анализируем. Результаты показаны на рисунках 5-6.

Рисунок 5. Траектории потоков воздуха

Рисунок 6. Температурная картина в сечении

Температура на транзисторе №1 – 57,6 °C; температура на транзисторе №2 – 58,9 °C; температура на транзисторе №3 – 55,9 °C.

Результаты показывают, что разработанная система охлаждения достаточно эффективна и обеспечит стабильную работу устройства. Данный метод исследования практичен и позволяет разработать эффективную систему охлаждения.

Список литературы:

1. А.А. Алямовский, А.А. Собачкин, Е.В. Одинцов. SolidWorks 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практике. БХВ-Петербург, Санкт-Петербург, 2008, 1040 с.
2. М.А. Михеев, И.М. Михеева. Основы теплопередачи. Энергия, Москва, 1977. 341 с.