Heatsink
Отвод тепла в окружающую среду от силовых полупроводниковых приборов.
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, 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 конвективной теплопередачи, 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.
Порты
Параметры
Steady State
Parameterization — способ параметризации
Assume rectangular parallel fins (по умолчанию) | Datasheet | Tabulated convection and fin efficiency
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).
Convection — тип конвекции
Natural (по умолчанию) | Forced - specify flow speed
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.
Fin height — высота ребра
0.0381 м (по умолчанию) | положительный скаляр
Высота ребра.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Assume rectangular parallel fins.
Fin thickness — ширина ребра
0.00065 м (по умолчанию) | положительный скаляр
Ширина ребра.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Assume rectangular parallel fins.
Fin depth — длина ребра
0.1397 м (по умолчанию) | положительный скаляр
Длина ребра.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Assume rectangular parallel fins.
Gap between fins — расстояние между ребрами
0.0094 м (по умолчанию) | положительный скаляр
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.
Number of fins — количество ребер
11 (по умолчанию) | положительный скаляр
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.
Fin thermal conductivity — теплопроводность ребра
237.0 Вт/(м*К) (по умолчанию) | положительный скаляр
Теплопроводность ребер.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Assume rectangular parallel fins.
Vector of temperature rises above ambient, T — вектор значений разности температуры корпуса и температуры окружающей среды
[10.0, 30.0, 50.0, 70.0, 90.0] К (по умолчанию) | вектор положительных скаляров
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.
Vector of fluid flow speed, v — вектор скорости потока жидкости
[0.0, 1.0, 2.0, 3.0] м/c (по умолчанию) | вектор положительных скаляров
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.
Corresponding heat dissipated to ambient, Q_TLU1(T) — отводимое в окружающую среду тепло, соответствующее разности температуры корпуса и температуры окружающей среды
[6.1, 23.6, 44.5, 67.5, 92.3] Вт (по умолчанию) | вектор положительных скаляров
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.
Corresponding heat dissipated to ambient, Q_TLU2(T, v) — отводимое в окружающую среду тепло, соответсвующее разности температуры корпуса и температуры окружающей среды и скорости потока
[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] Вт (по умолчанию) | матрица положительных скаляров
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.
Corresponding convective heat transfer coefficient, h_TLU1(T) — коэффициенты конвективной теплопередачи, соответствующие разности температуры корпуса и температуры окружающей среды
[5.4, 7.02, 7.98, 8.68, 9.26] Вт/(м²*К) (по умолчанию) | вектор положительных скаляров
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.
Corresponding convective heat transfer coefficient, h_TLU2(T, v) — коэффициенты конвективной теплопередачи, соответствующие разности температуры корпуса и температуры окружающей среды и скорости потока
[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] Вт/(м²*К) (по умолчанию) | матрица положительных скаляров
Значения коэффициентов конвективной теплопередачи, соответствующие значениям разностям температуры корпуса и температуры окружающей среды и скоростям потока.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Tabulated convection and fin efficiency, а для параметра Convection значение Forced - specify flow speed.
Vector of convective heat transfer coefficients, h — вектор коэффициентов конвективной теплопередачи
[5.0, 10.0, 15.0, 20.0, 25.0, 30.0] Вт/(м²*К) (по умолчанию) | вектор положительных скаляров
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.
Corresponding fin efficiency (percent), eff_TLU(h) — коэффициенты эффективности ребра, соответствующие коэффициентам теплопередачи
[96.97, 94.16, 91.53, 89.08, 86.78, 84.62] (по умолчанию) | вектор положительных скаляров
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.
Total heat exchange surface area — общая площадь поверхности теплообмена
0.1171 м² (по умолчанию) | положительный скаляр
Общая площадь поверхности теплообмена.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Tabulated convection and fin efficiency.
Fluid Properties
Чтобы использовать эту группу параметров, установите для параметра Parameterization значение Assume rectangular parallel fins.
Fluid kinematic viscosity — кинематическая вязкость жидкости
1.51e-05 м²/с(по умолчанию) | положительный скаляр
Кинематическая вязкость жидкости.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Assume rectangular parallel fins.
Fluid thermal diffusivity — температуропроводность жидкости
2.07e-05 м²/с(по умолчанию) | положительный скаляр
Температуропроводность жидкости.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Assume rectangular parallel fins.
Fluid thermal conductivity — теплопроводность жидкости
0.025 Вт/(м*К) (по умолчанию) | положительный скаляр
Теплопроводность жидкости.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Assume rectangular parallel fins.
Fluid coefficient of volume thermal expansion — коэффициент теплового расширения жидкости
0.0033 1/К (по умолчанию) | положительный скаляр
Коэффициент теплового расширения жидкости.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Assume rectangular parallel fins.
Ссылки
-
Churchill, Stuart W.; Chu, Humbert H.S. Correlating equations for laminar and turbulent free convection from a vertical plate. International Journal of Heat and Mass Transfer (November 1975): 1323-1329.
-
Teertstra, P., Yovanovich, M.M., and Culham, J.R. Analytical Forced Convection Modeling of Plate Fin Heat Sinks. Proceedings of 15th IEEE Semi-Therm Symposium (1999): pp. 34-41.