CAD/CAE-метод вирішення гідродинамічної задачі при розробці потужних електронних приладів
Анотація
Необхідність розв'язання гідродинамічної задачі виникає в тому випадку, коли для забезпечення теплового режиму електронного приладу необхідним є застосування примусового рідинного охолодження, реалізованого у вигляді охолоджувачів тієї чи іншої конструкції. Результатом її рішення є вибір насоса, здатного подолати гідродинамічний опір охолоджувача при заданих значеннях витрати рідини. Вибрати насос не важко, коли відома гідродинамічна характеристика охолоджувача — залежність надлишкового тиску рідини на вході від швидкості рідини, яка протікає через охолоджувач. Тенденція до ускладнення конструкцій охолоджувачів з нетрадиційними формами течії виключає використання відомих аналітичних залежностей і вимагає застосування інших методів, наприклад математичного моделювання. Його основні етапи: розробка 3D геометричної моделі охолоджувача; визначення в її межах швидкості та тиску рідини шляхом вирішення системи диференціальних рівнянь нерозривності та Нав'є — Стокса; представлення результатів рішення в вигляді, зручному для аналізу.
Для реалізації такого підходу потрібне спеціалізоване програмне забезпечення (ПЗ) типу CAD/CAE. Дорожнеча пропрієтарних CAD/CAE-систем разом з вимогою використання при проєктуванні виключно легального ПЗ викликали необхідність розв'язання зазначеної задачі за допомогою вільних програмних продуктів, наприклад системи геометричного моделювання SALOME, системи математичного моделювання OpenFOAM і візуалізатора паралельних обчислень ParaView.
Серед основних перешкод застосування зазначеного ПЗ — його слабка документованість. Мета даної роботи — показати на практичних прикладах, заснованих на досвіді проєктування рідинних охолоджувачів для мікропроцесорів, недокументовані особливості використання SALOME, OpenFOAM і ParaView на платформі операційної системи CAELinux. У роботі на двох прикладах докладно розглянуто методику розв'язання задачі, що дозволяє успішно застосовувати даний підхід при проєктуванні складних реальних конструкцій охолоджувачів електронних приладів.
Посилання
Berd R., St'yuart V., Laitfut E. Yavleniya Perenosa [Transport Phenomena]. Moscow, Khimiyа, 1974, 688 p. (Rus)
Spokoiny Yu. E., Trofimov V. E., Gidalevich V. B. Teplomassoobmen v REA [Heat and Mass Transfer in REA: Collection of tasks. Kiev, Odessa, Lybid, 1991, 224 p. (Rus)
Idel'chik I. E. Aerogidrodinamika tekhnologicheskikh apparatov (Podvod, otvod i raspredelenie potoka po secheniyu apparatov) [Aerohydrodynamics of Technological Apparatuses (Approach, Diversion and Distribution of Flow Along the Cross-Section of Apparatuses)]. Moscow, Mashinostroenie, 1983, 351 p. (Rus)
Reznikov G. V. Raschet i Konstruirovanie Sistem Okhlazhdeniya EVM [Calculation and Design of Cooling Systems EVM]. Moscow, Radio i Svyaz', 1988, 224 p. (Rus)
Spokoiny M., Trofimov V., Qiu Х., Kerner J.M. Enhanced heat transfer in a channel with combined structure of pins and dimples. Proc. of the 9th AIAA/ASME Joint Thermophysics and Heat Transfer Conference, San Francisco, CA, 2006, pp. 1-21.
Spokoiny M., Trofimov V. Collider jets cooling method of microprocessors. Proc. of the International Microelectronics and Packaging Society ATW on Thermal Management, Session 12 “Liquid, phase-change and refrigeration cooling”, 2011, Palo Alto, CA, USA, pp. 1-18.
Spokoiny M. Yu., Trofimov V. E., Shevchuk M. V. CFD modeling of heat transfer in a rectangular channel with dimplepin finning. Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2013, no. 2-3, pp. 33-38. (Rus)
Trofimov V. E., Pavlov A. L. Animation of contrary jets interaction in the radiator for microprocessor liquid cooling. Proc. of the 15th International Scientific-Practical Conference “Modern Information and Electronic Technologies”, Ukraine, Odessa, 2014, pp. 26-27. (Rus)
Trofimov V. E., Pavlov A. L., Zhmud E. V. Visualization of the interaction of a jet with a dead-end cavity of the radiator for liquid cooling of a microprocessor. Proc. of the 16th International Scientific-Practical Conference “Modern Information and Electronic Technologies”, Ukraine, Odessa, 2015, pp. 160-161. (Rus)
Trofimov V. E., Pavlov A. L. Intensification of heat transfer in liquid heat exchangers with dimple-pin finning. Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2016, no. 1, pp. 23-26. (Rus) http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2016.1.23
Shehovtsova V. I. [The problem of choice and criteria for evaluating the automated design]. Vіsnik NTU “KHPІ”, 2014, no. 26 (1069), pp. 101-108. (Rus)
SALOME. The Open Source Integration Platform for Numerical Simulation [Electronic resource]. http://www.salome-platform.org (Date of the application 04.04.2018.)
OpenFOAM. The open source CFD toolbox [Electronic resource]. http://www.openfoam.com (Date of the application 04.04.2018).
ParaView. The open source multi-platform data analysis and visualization application [Electronic resource]. http://www.paraview.org (Date of the application 04.04.2018).
Lazarev T.V. Simulation of thermoelectric state by means of OpenFOAM. Proceedings of the NTUU “Igor Sikorsky KPI”. Series: Chemical Engineering, Ecology and Resource Saving, 2013, no. 1, pp. 26-30. (Rus)
M. de Groot. Flow prediction in brain aneurysms using OpenFOAM, 2014 [Electronic resource]. https://www.utwente.nl/en/eemcs/sacs/teaching/Thesis/masterthesis_ meindert_de_groot.pdf (Date of the application 06.04.2018.)
Juan Marcelo Gimenez, Axel Larreteguy, Santiago Márquez Damián, Norberto Nigro. Short course on OpenFOAM
Авторське право (c) 2018 Трофімов В. Є., Павлов А. Л., Мамикiн Я. Г.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
