Радиатор

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 Радиатор 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 Тип конвекции установлено значение Вынужденная, то необходимо задать скорость потока через входной порт V.

Параметризация: табличные характеристики

Чтобы параметризовать блок Радиатор посредством табличных характеристик, установите для параметра Способ параметризации значение По табличным характеристикам и задайте значения параметров Вектор значений разности температуры корпуса и температуры окружающей среды, T и Отводимое в окружающую среду тепло, Q_TLU1(T).

Если для моделирования выбран режим вынужденной конвекции (параметр Тип конвекции имеет значение Вынужденная), то нужно задать значения параметров Вектор значений разности температуры корпуса и температуры окружающей среды, T и Отводимое в окружающую среду тепло, Q_TLU2(T, v).

Параметризация: табличные значения коэффициентов конвективной теплопередачи и эффективности ребра

Установите для параметра Способ параметризации значение По коэффициентам конвективной теплопередачи и эффективности ребра, чтобы параметризовать блок Радиатор 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 Способ параметризации установлено значение Расчет параметров по размерам, 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 Целевые значения, 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 Тип конвекции значение Вынужденная.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Параметры

Установившееся состояние

# Способ параметризации — способ параметризации
По табличным характеристикам | По коэффициентам конвективной теплопередачи и эффективности ребра | Расчет параметров по размерам

Details

Способ параметризации блока, варианты для выбора:

Расчет параметров по размерам — расчет параметров в приближении радиатора с прямоугольными параллельными ребрами (подробнее см. Параметризация: прямоугольные параллельные ребра).
По табличным характеристикам — параметризация производится с помощью табличных характеристик (подробнее см. Параметризация: табличные характеристики).
По коэффициентам конвективной теплопередачи и эффективности ребра — 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

# Тип конвекции — тип конвекции
Естественная | Вынужденная

Details

Выбор типа моделируемой конвекции:

Естественная — моделирование естественной конвекции.
Вынужденная — 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 Способ параметризации значение По табличным характеристикам или По коэффициентам конвективной теплопередачи и эффективности ребра.

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

# Вектор скорости потока жидкости, 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

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

# Отводимое в окружающую среду тепло, 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 Вектор значений разности температуры корпуса и температуры окружающей среды, T. Значения этого параметра должны быть положительными и строго возрастающими.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Способ параметризации значение По табличным характеристикам, а для параметра Тип конвекции значение Естественная.

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

# Отводимое в окружающую среду тепло, 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 Вектор значений разности температуры корпуса и температуры окружающей среды, T.

Зависимости

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

# Коэффициенты конвективной теплопередачи, 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 Способ параметризации значение По коэффициентам конвективной теплопередачи и эффективности ребра, а для параметра Тип конвекции значение Естественная.

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

# Коэффициенты конвективной теплопередачи, 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

# Вектор коэффициентов конвективной теплопередачи, 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 Способ параметризации значение По коэффициентам конвективной теплопередачи и эффективности ребра.

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

# Коэффициенты эффективности ребра (%), 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

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

# Общая площадь поверхности теплообмена — 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

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

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

Details

Высота ребра.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Способ параметризации значение Расчет параметров по размерам.

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

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

Details

Ширина ребра.

Зависимости

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

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

Details

Длина ребра.

Зависимости

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

# Расстояние между ребрами — 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 Способ параметризации значение Расчет параметров по размерам, а для параметра Тип конвекции значение Вынужденная.

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

# Количество ребер — количество ребер

Details

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

Зависимости

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

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

Details

Теплопроводность ребер.

Зависимости

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

# Кинематическая вязкость жидкости — кинематическая вязкость жидкости
m^2/s | mm^2/s | in^2/s | ft^2/s | St | сСт | newt

Details

Кинематическая вязкость жидкости.

Зависимости

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

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

Details

Температуропроводность жидкости.

Зависимости

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

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

Details

Теплопроводность жидкости.

Зависимости

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

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

# Масса радиатора — 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