Heatsink

Отвод тепла в окружающую среду от силовых полупроводниковых приборов.

Тип: AcausalElectricPowerSystems.Passive.Thermal.Heatsink

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Electrical/Passive/Thermal/Heatsink

Описание

Блок Heatsink моделирует радиатор, отводящий тепло от силовых полупроводниковых приборов. Тепло от корпуса проходит через ребра и рассеивается до температуры окружающей среды за счет конвекции. В описании блока принимается, что окружающая среда является рабочей жидкостью.

В блоке есть возможность задать параметры, используя табличные характеристики теплообмена или исходя из геометрии радиатора с помощью эмпирических формул для описания конвекции. Если для параметра Convection установлено значение Forced - specify flow speed, то необходимо задать скорость потока через входной порт V.

Параметризация: табличные характеристики

Чтобы параметризовать блок Heatsink посредством табличных характеристик, установите для параметра Parameterization значение Datasheet и задайте значения параметров Vector of temperature rises above ambient, T и Corresponding heat dissipated to ambient, Q_TLU1(T).

Если для моделирования выбран режим вынужденной конвекции (параметр Convection имеет значение Forced - specify flow speed), то нужно задать значения параметров Vector of temperature rises above ambient, T и Corresponding heat dissipated to ambient, Q_TLU2(T, v).

Параметризация: табличные значения коэффициентов конвективной теплопередачи и эффективности ребра

Установите для параметра Parameterization значение Tabulated convection and fin efficiency, чтобы параметризовать блок Heatsink на основе двух параметров:

коэффициента конвективной теплопередачи как функции скорости потока жидкости (для вынужденной конвекции) и разницы температуры корпуса и температуры окружающей среды;
коэффициента эффективности ребра как функции коэффициента конвективной теплопередачи.

Уравнение для расчета рассеиваемого тепла выглядит следующим образом:

где

— коэффициент теплоотдачи, заданный в зависимости от скорости потока жидкости (для вынужденной конвекции) и разницы температуры корпуса и температуры окружающей среды;
— общая площадь поверхности теплообмена;
— коэффициент эффективности ребра в процентах, заданный в зависимости от коэффициента конвективной теплопередачи. Коэффициент эффективности ребра — это отношение фактического количества тепла, рассеиваемого ребром к количеству тепла, которое оно рассеивало бы, если бы вся его поверхность имела температуру корпуса. Это значение зависит от геометрии ребра и его теплопроводности.

Параметризация: прямоугольные параллельные ребра

Если для параметра Parameterization установлено значение Assume rectangular parallel fins, то блок использует следующие уравнения для расчета рассеиваемого тепла:

где

;
;
;
— число Рэлея;
— число Рейнольдса;
м/с² — ускорение свободного падения;
— коэффициент теплового расширения жидкости;
— кинематическая вязкость жидкости;
— температуропроводность жидкости;
— теплопроводность жидкости;
— высота ребра;
— длина ребра;
— ширина ребра;
— расстояние между ребрами.

Общую площадь теплообмена для ребер высотой и поперечным сечением на , с учетом того, что одна сторона ребра стоит на основании радиатора, можно рассчитать по формуле:

Коэффициент эффективности прямоугольного ребра определяется по формуле:

где — теплопроводность ребра.

Переменные

Используйте группу параметров Initial Targets, чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для переменных параметров блока перед моделированием. Для получения дополнительной информации см. Настройка физических блоков с помощью целевых значений.

Порты

Ненаправленные

# A — температура окружающей среды
тепло

Details

Тепловой порт, связанный с температурой окружающей среды.

Имя для программного использования

ambient_port

# C — температура корпуса
тепло

Details

Тепловой порт, связанный с температурой корпуса.

Имя для программного использования

case_port

Вход

# V — скорость потока
скаляр

Details

Входной сигнал, задающий значение скорости потока.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Convection значение Forced - specify flow speed.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Параметры

Установившееся состояние

# Parameterization — способ параметризации
Datasheet | Tabulated convection and fin efficiency | Assume rectangular parallel fins

Details

Способ параметризации блока, варианты для выбора:

Assume rectangular parallel fins — расчет параметров в приближении радиатора с прямоугольными параллельными ребрами (подробнее см. Параметризация: прямоугольные параллельные ребра).
Datasheet — параметризация производится с помощью табличных характеристик (подробнее см. Параметризация: табличные характеристики).
Tabulated convection and fin efficiency — параметризация производится с помощью табличных значений для коэффициентов конвективной теплопередачи и эффективности ребра (подробнее см. Параметризация: табличные значения коэффициентов конвективной теплопередачи и эффективности ребра).

Значения	`Datasheet` \| `Tabulated convection and fin efficiency` \| `Assume rectangular parallel fins`
Значение по умолчанию	`Assume rectangular parallel fins`
Имя для программного использования	`fin_parameterization`
Вычисляемый	Нет

# Convection — тип конвекции
Natural | Forced - specify flow speed

Details

Выбор типа моделируемой конвекции:

Natural — моделирование естественной конвекции.
Forced - specify flow speed — моделирование вынужденной конвекции, при выборе этого значения параметра в блоке появляется порт v для задания скорости потока.

Значения	`Natural` \| `Forced - specify flow speed`
Значение по умолчанию	`Natural`
Имя для программного использования	`convection_type`
Вычисляемый	Нет

Details

Вектор значений разности температуры корпуса и температуры окружающей среды. Значения этого параметра должны быть положительными и строго возрастающими.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Datasheet или Tabulated convection and fin efficiency.

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`[10.0, 30.0, 50.0, 70.0, 90.0] K`
Имена для программного использования	`T_datasheet_vector`, `T_tabulated_vector`
Вычисляемый	Да

# Vector of fluid flow speed, v — вектор скорости потока жидкости
m/s | mm/s | cm/s | km/s | m/hr | km/hr | in/s | ft/s | mi/s | ft/min | mi/hr | kn

Details

Вектор скорости потока жидкости. Значения этого параметра должны быть положительными и строго возрастающими.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Datasheet или Tabulated convection and fin efficiency, а для параметра Convection значение Forced - specify flow speed.

Единицы измерения	`m/s` \| `mm/s` \| `cm/s` \| `km/s` \| `m/hr` \| `km/hr` \| `in/s` \| `ft/s` \| `mi/s` \| `ft/min` \| `mi/hr` \| `kn`
Значение по умолчанию	`[0.0, 1.0, 2.0, 3.0] m/s`
Имена для программного использования	`v_datasheet_vector`, `v_tabulated_vector`
Вычисляемый	Да

# Corresponding heat dissipated to ambient, Q_TLU1(T) — отводимое в окружающую среду тепло, соответствующее разности температуры корпуса и температуры окружающей среды
W | uW | mW | kW | MW | GW | V*A | HP_DIN

Details

Вектор значений отводимого в окружающую среду тепла, соответствующих значениям разности температуры корпуса и температуры окружающей среды. Значения в этом параметре соответствуют значениям разности температур в параметре Vector of temperature rises above ambient, T. Значения этого параметра должны быть положительными и строго возрастающими.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Datasheet, а для параметра Convection значение Natural.

Единицы измерения	`W` \| `uW` \| `mW` \| `kW` \| `MW` \| `GW` \| `V*A` \| `HP_DIN`
Значение по умолчанию	`[6.1, 23.6, 44.5, 67.5, 92.3] W`
Имя для программного использования	`Q_dissipated_vector`
Вычисляемый	Да

# Corresponding heat dissipated to ambient, Q_TLU2(T, v) — отводимое в окружающую среду тепло, соответствующее разности температуры корпуса и температуры окружающей среды и скорости потока
W | uW | mW | kW | MW | GW | V*A | HP_DIN

Details

Матрица значений отводимого в окружающую среду тепла, соответствующих значениям скорости потока и разности температуры корпуса и температуры окружающей среды. Значения в этом параметре соответствуют значениям разности температур в параметре Vector of temperature rises above ambient, T.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Datasheet, а для параметра Convection значение Forced - specify flow speed.

Единицы измерения	`W` \| `uW` \| `mW` \| `kW` \| `MW` \| `GW` \| `V*A` \| `HP_DIN`
Значение по умолчанию	`[6.1 18.8 22.8 25.7; 23.6 61.1 73.0 81.5; 44.5 106.4 125.9 140.1; 67.5 153.5 180.7 200.3; 92.3 202.1 236.9 262.0] W`
Имя для программного использования	`Q_dissipated_matrix`
Вычисляемый	Да

# Corresponding convective heat transfer coefficient, h_TLU1(T) — коэффициенты конвективной теплопередачи, соответствующие разности температуры корпуса и температуры окружающей среды
W/(m^2*K) | Btu_IT/(hr*ft^2*deltadegR)

Details

Значения коэффициентов конвективной теплопередачи, соответствующие значениям разности температуры корпуса и температуры окружающей среды.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Tabulated convection and fin efficiency, а для параметра Convection значение Natural.

Единицы измерения	`W/(m^2K)` \| `Btu_IT/(hrft^2*deltadegR)`
Значение по умолчанию	`[5.4, 7.02, 7.98, 8.68, 9.26] W/(m^2*K)`
Имя для программного использования	`h_corresponding_vector`
Вычисляемый	Да

# Corresponding convective heat transfer coefficient, h_TLU2(T, v) — коэффициенты конвективной теплопередачи, соответствующие разности температуры корпуса и температуры окружающей среды и скорости потока
W/(m^2*K) | Btu_IT/(hr*ft^2*deltadegR)

Details

Значения коэффициентов конвективной теплопередачи, соответствующие значениям разностям температуры корпуса и температуры окружающей среды и скоростям потока.

Зависимости

Единицы измерения	`W/(m^2K)` \| `Btu_IT/(hrft^2*deltadegR)`
Значение по умолчанию	`[5.4 17.86 22.17 25.41; 7.02 19.49 23.8 27.03; 7.97 20.44 24.75 27.99; 8.68 21.15 25.46 28.69; 9.26 21.73 26.04 29.27] W/(m^2*K)`
Имя для программного использования	`h_corresponding_matrix`
Вычисляемый	Да

# Vector of convective heat transfer coefficients, h — вектор коэффициентов конвективной теплопередачи
W/(m^2*K) | Btu_IT/(hr*ft^2*deltadegR)

Details

Коэффициенты конвективной теплопередачи. Этот параметр зависит от разности температур, вызванной естественной конвекцией, и от скорости потока жидкости, вызванной принудительной конвекцией. Значения этого параметра должны быть положительными и строго возрастать.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Tabulated convection and fin efficiency.

Единицы измерения	`W/(m^2K)` \| `Btu_IT/(hrft^2*deltadegR)`
Значение по умолчанию	`[5.0, 10.0, 15.0, 20.0, 25.0, 30.0] W/(m^2*K)`
Имя для программного использования	`h_vector`
Вычисляемый	Да

# Corresponding fin efficiency (percent), eff_TLU(h) — коэффициенты эффективности ребра, соответствующие коэффициентам теплопередачи

Details

Коэффициенты эффективности ребра в процентах, соответствующие коэффициентам конвективной теплопередачи. Коэффициент эффективности ребра — это отношение фактического количество тепла, рассеиваемого ребром к количеству тепла, которое оно рассеивало бы, если бы вся его поверхность имела температуру корпуса. Это значение зависит от геометрии ребра и его теплопроводности.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Tabulated convection and fin efficiency.

Значение по умолчанию	`[96.97, 94.16, 91.53, 89.08, 86.78, 84.62]`
Имя для программного использования	`efficiency_vector`
Вычисляемый	Да

# Total heat exchange surface area — общая площадь поверхности теплообмена
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Общая площадь поверхности теплообмена.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Tabulated convection and fin efficiency.

Единицы измерения	`m^2` \| `um^2` \| `mm^2` \| `cm^2` \| `km^2` \| `in^2` \| `ft^2` \| `yd^2` \| `mi^2` \| `ha` \| `ac`
Значение по умолчанию	`0.1171 m^2`
Имя для программного использования	`total_heat_exchange_area`
Вычисляемый	Да

# Fin height — высота ребра
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Высота ребра.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Assume rectangular parallel fins.

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`0.0381 m`
Имя для программного использования	`fin_height`
Вычисляемый	Да

# Fin thickness — ширина ребра
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Ширина ребра.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Assume rectangular parallel fins.

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`0.00065 m`
Имя для программного использования	`fin_thickness`
Вычисляемый	Да

# Fin depth — длина ребра
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Длина ребра.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Assume rectangular parallel fins.

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`0.1397 m`
Имя для программного использования	`fin_depth`
Вычисляемый	Да

# Gap between fins — расстояние между ребрами
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Расстояние между ребрами.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Assume rectangular parallel fins, а для параметра Convection значение Forced - specify flow speed.

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`0.0094 m`
Имя для программного использования	`fin_gap`
Вычисляемый	Да

# Number of fins — количество ребер

Details

Количество ребер. Значение этого параметра должно быть равно или больше 1.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Assume rectangular parallel fins.

Значение по умолчанию	`11`
Имя для программного использования	`fin_count`
Вычисляемый	Да

# Fin thermal conductivity — теплопроводность ребра
W/(m*K) | mW/(m*K) | Btu_IT/(hr*ft*deltadegR)

Details

Теплопроводность ребер.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Assume rectangular parallel fins.

Единицы измерения	`W/(mK)` \| `mW/(mK)` \| `Btu_IT/(hrftdeltadegR)`
Значение по умолчанию	`237.0 W/(m*K)`
Имя для программного использования	`k_fin`
Вычисляемый	Да

Свойства жидкости

# Fluid kinematic viscosity — кинематическая вязкость жидкости
m^2/s | mm^2/s | in^2/s | ft^2/s | St | cSt | newt

Details

Кинематическая вязкость жидкости.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Assume rectangular parallel fins.

Единицы измерения	`m^2/s` \| `mm^2/s` \| `in^2/s` \| `ft^2/s` \| `St` \| `cSt` \| `newt`
Значение по умолчанию	`1.51e-05 m^2/s`
Имя для программного использования	`nu`
Вычисляемый	Да

# Fluid thermal diffusivity — температуропроводность жидкости
m^2/s | mm^2/s | in^2/s | ft^2/s | St | cSt | newt

Details

Температуропроводность жидкости.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Assume rectangular parallel fins.

Единицы измерения	`m^2/s` \| `mm^2/s` \| `in^2/s` \| `ft^2/s` \| `St` \| `cSt` \| `newt`
Значение по умолчанию	`2.07e-05 m^2/s`
Имя для программного использования	`a`
Вычисляемый	Да

# Fluid thermal conductivity — теплопроводность жидкости
W/(m*K) | mW/(m*K) | Btu_IT/(hr*ft*deltadegR)

Details

Теплопроводность жидкости.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Assume rectangular parallel fins.

Единицы измерения	`W/(mK)` \| `mW/(mK)` \| `Btu_IT/(hrftdeltadegR)`
Значение по умолчанию	`0.025 W/(m*K)`
Имя для программного использования	`k_fluid`
Вычисляемый	Да

Details

Коэффициент теплового расширения жидкости.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Assume rectangular parallel fins.

Единицы измерения	`1/K` \| `1/degR` \| `1/deltaK` \| `1/deltadegC` \| `1/deltadegF` \| `1/deltadegR`
Значение по умолчанию	`0.0033 1/K`
Имя для программного использования	`alpha`
Вычисляемый	Да

Динамические характеристики

# Heatsink mass — масса радиатора
kg | mg | g | t | lbm | oz | slug

Details

Масса радиатора.

Единицы измерения	`kg` \| `mg` \| `g` \| `t` \| `lbm` \| `oz` \| `slug`
Значение по умолчанию	`0.35 kg`
Имя для программного использования	`mass`
Вычисляемый	Да

Details

Удельная теплоемкость радиатора.

Единицы измерения	`J/(kgK)` \| `kJ/(kgK)` \| `cal/(kgK)` \| `kcal/(kgK)` \| `cal/(gK)` \| `kcal/(gK)` \| `Btu_IT/(lbm*deltadegR)`
Значение по умолчанию	`437.0 J/(kg*K)`
Имя для программного использования	`c_p_heatsink`
Вычисляемый	Да