Обучение Creo 3. Расчет радиатора охлаждения с принудительной вентиляцией

Сайт CAD.Life будет закрыт в начале весны 2018 года. Статьи сохранятся на другом сайте, следите за объявлениями.

Поставим перед собой непростую задачу: рассчитаем распределение температур по объему радиатора (охладителя) в условиях принудительного обдува в воздушном канале. Радиатор будет с пластинчатыми ребрами. Не мудрствуя лукаво, воспользуемся построениями радиатора из статьи Creo 3. Создание объединенной детали с помощью наследования

Рис.1. Характеристика тепловыделения диодной сборки в зависимости от тока  Итак, есть радиатор длиной 300 мм и на нем установлена Диодная сборка LD411660 PowerEx. Через диодную сборку проходит ток 600 А, значит она выделяет приблизительно 680 Вт, как указано в документации.

 

 

 

Рис.2. Построение поверхности для автоматического расчета сечения Для расчета необходимо также знать сечение радиатора, через которое пойдет воздушный поток. Для этого в модели радиатора вычислим сечение. С помощью команды Заполнить creo3-part-surf-fill выполним построение эскиза сечения на торце радиатора. 

 

 

Рис.3. Построение эскиза сечения.. Шаг 1 В эскизе воспользуемся командой Проецировать creo3-part-sketch-project / По контуру для повторения контура профиля радиатора. 

 

 

 

Рис.4. Построение эскиза сечения.. Шаг 2 Теперь удалим лишние линии и построим недостающие линии, повторяя сечение воздушного канала. Воздушный канал будет немного больше профиля радиатора. Завершаем выполнение команды Заполнить. Получилась поверхность нулевой толщины, что и требовалось.

 

 

Рис.5. Вычисление площади сечения воздушного канала Определим площадь поверхности сечения воздушного канала. Для этого воспользуемся инструментом Сводка creo3-iface-measure-len на вкладке Анализ. Измерим площадь с помощью соответствующей кнопки creo3-iface-measure-surf.

 

 

Рис.6. Подготовка радиатора для расчета тепла  Подготовим радиатор для расчета тепла - уберем лишнее. А именно, с помощью команды Вытянуть creo3-part-protru с опцией Удалить материал creo3-part-opt-cut срежем всю верхнюю часть диодной сборки для построения сетки конечных элементов только для радиатора.

 

Рис.7. Настройка расчета тепла  Переходим к тепловым расчетам: на вкладке Приложения - команда Simulate creo3-apps-simulate. Выбираем Тепловой режим creo3-apps-simulate-termo и затем Настройка модели creo3-apps-simulate-sets

 

Рис.8. Настройка тепловой нагрузки Во первых зададим тепловую нагрузку, по-русски это называется выделяемая мощность. Делается это с помощью команды Теплота creo3-apps-simulate-set-tload. В диалоговом окне Тепловая нагрузка выберем поверхности, оставшиеся от диодного модуля и укажем в графе Значение - 680 Вт (единицы измерения см. в выпадающем списке рядом). Это значение было получено нами ранее в начале статьи. Если приборов на радиаторе несколько, то для каждого из них отдельно нужно задать тепловую нагрузку. Нажмем Ок.

 

Рис.9. Настройка условия конвекции  Теперь зададим Условие конвекции creo3-apps-simulate-set-tconv, т.к. именно этот режим соответствует принудительному обдуву воздухом. Выбираем поверхности ребер, потому что именно они будут обдуваться воздухом в канале. Введем значение температуры окружающего воздуха Tb = 40°C, чтобы наше изделие работало и в жарком месте в графе Температура окружающей среды. Теперь самое главное введем коэффициент конвекции h в соответствующей графе: 50.3 и выберем единицы измерения W / (m^2 K) в списке рядом.

Рис.10. Характеристики вентилятора  Это число рассчитываться по значениям производительности вентилятора K3G250-RD43-01 П2/3 = 640  2 / 3 = 426 м3/час (см. характеристики), площади поперечного сечения воздушного канала S = 4730.77 мм2 и длине ребра радиатора L = 0.3 м. Коэффициент конвекции можно определить по этим характеристикам на нашем сайте в статье Формулы расчета радиатора охлаждения.

 

 

 

 

 

Рис.11. Выбор материала радиатора  Далее следует задать материал радиатора. Мы взяли радиатор ф.Лигра (см. статью Creo 3. Создание объединенной детали с помощью наследования).

 

 

 

Рис.12. Характеристики материала АД31  Он сделан из сплава АД31  (характеристика материала АД31 или на нашем сайте САПР. Важные параметры некоторых материалов, используемые при тепловых расчетах). Загрузим этот материал в базу расчетов. Для этого выполним команду Материалы creo3-apps-simulate-set-mat и загрузим материал из прилагаемого к уроку файла, чтобы не создавать его с нуля (см. Рис.11). Затем назначим этот материал как основной материал для нашей модели.

 

 

Рис.13. Назначение материала АД31 Материал назначается с помощью команды Назначение материала creo3-apps-simulate-assign-mat. В этом окне все понятно. Самое сложное позади, впереди нас ждет непосредственно расчет!

 

 

 

 

 

 

 

Рис.14. Настройка запуска расчета Хорошо, можно нажимать команду Анализы и исследования creo3-apps-simulate-analys. В одноименном диалоговом окне нажимаем Настройка параметров выполнения /creo3-apps-simulate-analys-setup, где задаем необходимо выделить для расчета побольше оперативной памяти. Предпочтительнее задавать не меньше 4000 Гб ОЗУ. Хотя на скорость расчетов сильно влияет и процессор, особенно когда их несколько. Нажимаем ОК.

Рис.15. Настройка запуска расчета В окне  Анализы и исследования продолжаем задавать условия. Выполним команду меню Файл > Новый стационарный тепловой. В нем все необходимое нам должно быть уже выбрано: набор ограничений и набор нагрузок. Остальные параметры пусть останутся по умолчанию. Нажимаем ОК. В окне  Анализы и исследования нажимаем наконец Начать выполнение creo3-apps-simulate-analys-run. Для просмотра работы можно выполнить затем команду Показать состояние исследования creo3-apps-simulate-analys-protocol и отслеживать каждый этап выполнения расчета. Ведь расчет может занять порядочное время! Для ускорения рачета нам можно было бы упростить модель - убрать лишние отверстия на радиаторе, в подложке прибора, убрать скругления, фаски и т.д.

 

 

 

Рис.16. Завершение расчета Вот, наконец, мы дождались выполнения расчета. Можно нажимать ОК в диалоговом окне Диагностика:Анализ...  В окне Анализы и исследования нажимаем кнопку Проверка результатов исследования конструкции и конечно-элементного анализа creo3-apps-simulate-analys-view

 

Рис.17. Настройка просмотра расчета Теперь необходимо настроить просмотр отчета по расчету в диалоговом окне Определение окна результатов. Выбираем все как на Рис.17 и нажимаем кнопку ОК и показать.

 

 

 

Рис.18. Просмотр расчета  На этом все, можно полюбоваться на произведенный расчет. Creo 3 неплохо делает расцветку! Побалуйтесь с настройками отображения в диалоговом окне Определение окна результатов (если закрыть текущее окно Результаты моделирования и снова нажать кнопку кнопку Проверка результатов исследования конструкции и конечно-элементного анализа creo3-apps-simulate-analys-view в окне Анализы и исследования). В окне Результаты моделирования попробуйте определить температуры разных точек радиатора и помощью инструмента Динамический запрос creo3-apps-simulate-analys-view-dyn. Впечатляет!

Если результаты расчета не удовлетворяют необходимо изменить конструкцию радиатора, поставить другой вентилятор, изменить размер воздушного канала или изменить ориентацию прибора. Вариантов очень много, Creo 3 легко отработает их!

Вы спросите, а как же тепловое сопротивление между диодной сборкой и радиатором. Посмотрим документацию на Диодную сборку LD411660 PowerEx. В характеристике Thermal Resistance, Case to Sink Lubricated (RΘC-S Per Module) указано значение сопротивления с учетом теплопроводящей пасты 0.01 °C/W. Просто посчитаем перегрев: 680 Вт • 0.01 °C/W = 6,8°C. На такую величину будет перегреваться диодный модуль относительно радиатора под ним.

Поделиться ссылкой на статью

CADLife - лучший инженерный опыт, бесплатные уроки и обучение Solidworks, Creo, Pro/Engineer, STM32

Комментарии к статье