Kühlkörper

Verwenden Sie Kühlkörpermaterialien, um die Leistung Ihrer Kühlkörperkomponenten mit geometrisch einfachen Modellen zu simulieren. Wenn Ihre Modelle Kühlkörper mit großen Aspektverhältnissen (Verhältnis der Fin-Höhe zum Fin-Abstand) enthalten, erfordert das Vernetzen dieser Komponenten viele Elemente. In solchen Fällen kann die Anzahl der Elemente eine vollständige Systemanalyse teuer und schwerfällig machen, wenn die Analyse überhaupt durchgeführt werden kann.

Hinweise zur Modellierung

Bei der Entscheidung, ob Sie Kühlkörpermaterialien verwenden, beachten Sie Folgendes:

• Kühlkörpermaterialien verwenden Korrelationen, um sich an die detaillierte Modellierung des Kühlkörpers anzunähern. Die Korrelationen, die größtenteils auf den experimentellen Ergebnissen vollständig ummantelter Kühlkörper beruhen, führen zu schnelleren Ergebnissen und ermöglichen Ihnen, voraussagende Designentscheidungen zu treffen. Erfahren Sie mehr über die Korrelationen und zugrunde liegenden Gleichungen.
• Sie können Kühlkörpermaterialien für nicht ummantelte Kühlkörper einsetzen; erwarten Sie jedoch konservative Ergebnisse (höhere Temperaturen der Komponenten).
• Die Korrelationen erklären die Effekte von Strömungen nicht, die nicht hauptsächlich normal zur Modellannäherungsfläche sind.
• Wenn Sie viele Kühlkörper und/oder Kühlkörper mit großen Aspektverhältnissen haben, erhöht sich die Anzahl von Elementen schnell, wodurch ein Kühlkörpermaterial vorteilhafter ist.
• Kühlkörperkorrelationen basieren auf der Annahme von laminarer Strömung im Kühlkörper.
• Kühlkörper müssen würfelförmig sein und zur Gänze von einem Fluid umgeben sein.
• Kühlkörper können an mehr als einen Chipteil angrenzen und müssen nicht dieselbe Grundfläche wie der Chip haben.
• Kühlkörpermaterialien unterstützen die natürliche Konvektion, erfordern aber, dass Sie die Annäherungsfläche unter solchen Bedingungen abschätzen.
• Der Chipteil, an den das Kühlkörpermaterial grenzt, muss ein vernetztes Festkörperteil sein. Das heißt, dass für den Chipteil keine Materialien, wie z. B. kompaktes thermisches Modell (CTM), thermoelektrische Komponente (TEC), Wärmetauscher usw. verwendet werden können.
• Sie können auf die Annäherungs- oder Auslassflächen des Kühlkörpers keine Randbedingungen anwenden. Sie können auf die außenseitigen Flächen Randbedingungen anwenden.

Korrelationsanforderungen

Um sicherzustellen, dass die Kühlkörpermaterialien richtig verwendet werden, gelten für die physikalische Geometrie der Kühlkörper und die Betriebsbedingungen bestimmte Anforderungen:

Mikro-Kanal

Kanäle sind ausreichend lang, damit sich die Strömung auf 95% der Kanallänge vollständig entwickelt:

• L/D_hch> 0.05Re_Dhch, wobei L die Kanallänge, D_hch der Kanalhydraulikdurchmesser und Re_Dhch die Reynolds-Zahl des Kanals ist.
• L/D_hch> 0.05PrRe_Dhch, wobei L die Kanallänge, D_hch der Kanalhydraulikdurchmesser, Pr die Prandtl-Zahl und Re_Dhch die Reynolds-Zahl des Kanals ist.

Höhen-Breiten-Verhältnis des Kanals von 4+:

• H_ch/w_ch > 4, wobei H_ch die Kanalhöhe und w_ch die Kanalbreite ist.

Verhältnis der Festkörper-Wärmeleitfähigkeit zur Fluid-Wärmeleitfähigkeit von 20+:

• k_s/k_f > 20, wobei k_s die Festkörperwärmeleitfähigkeit und k_f die Fluidwärmeleitfähigkeit ist.

Pin-Fin

Prandtl-Zahl größer oder gleich 0.71:

• Pr >= 0.71

Reynolds-Zahl zwischen 40 und 1000:

• 40 <= Re_dcp <= 1000, wobei Re_dcp die Reynolds-Zahl auf Basis des Pindurchmessers ist.

Annäherungsgeschwindigkeit zwischen 1 und 6 m/s:

• 1 m/s <= U <= 6 m/s, wobei U die Geschwindigkeit am Einlass des Kühlkörpers (m/s) ist.

Pindurchmesser zwischen 1 und 3 mm:

• 1 mm <= d <= 3 mm; wobei d = Pindurchmesser.

Verhältnis von Pin-Längsabstand (Strömungsrichtung) zum Pindurchmesser zwischen 1.25 und 3:

• 1.25 <= S_L/d <= 3; wobei S_L = Pin-Längsabstand und d = Pindurchmesser.

Verhältnis von Pin-Querabstand (normal zur Strömungsrichtung) zum Pindurchmesser zwischen 1.25 und 3:

• 1.25 <= S_T/d <= 3; wobei S_T = Pin-Querabstand und d = Pindurchmesser.

Streifen-Versatz

Gase und Flüssigkeiten mit mäßig hoher Prandtl-Zahl.

Auswählen des Modelltyps

Sie stellen die physischen Kühlkörper mithilfe eines von zwei Modelltypen dar: einteilig oder zweiteilig. Wenn Sie die Fins auf der tatsächlichen Komponente an einem dünnen Basismaterial anordnen, verwenden Sie das einteilige Modell; andernfalls eignet sich das zweiteilige Modell. Was bedeutet dünn oder nicht dünn? Die Basis ist dünn, wenn ihre Dicke ein kleiner Prozentsatz der Gesamtkomponentenhöhe ist und die Basis eine unbedeutende Strömungsauswirkung hat.

Merkmale des einteiligen Modells:

• Die Geometrie besteht aus einem einfachen Block mit derselben Hülle wie die tatsächliche Komponente.
• Die Basisplatte ist dünn und hat unbedeutende Auswirkungen auf die Strömungsmerkmale.
• Der Block hat dieselben Grundfläche wie der zugehörige Chip.
• Der zugehörige Chip muss ein Festkörpermaterialtyp sein. Der Typ des kompakten thermischen Modells kann z. B. nicht verwendet werden.
• Chip und Kühlkörper sind im direkten Kontakt.

Merkmale des zweiteiligen Modells:

• Die Geometrie besteht aus einfachen Blöcken mit derselben Hülle wie die Grundplatte und der Fin-Bereich.
• Die Basisplatte ist dickwandig und wirkt sich auf die Strömungsmerkmale aus.
• Die Grundfläche der Basisplatte und des Blocks ist größer als der zugehörige Chip.
• Der zugehörige Chip verwendet den Typ des kompakten thermischen Modells.
• Der Kühlkörper hat Grenzflächen mit mehreren Chips.

Einrichten des Modells

Wenn Sie den einteiligen oder zweiteiligen Modelltyp ausgewählt haben, erstellen Sie die Modellgeometrie und definieren die Materialeigenschaften, um die tatsächliche Komponente korrekt zu simulieren.

Geometrie

Ersetzen Sie die Kühlkörper im CAD-Modell durch einfache würfelförmige Festkörper. Die Festkörper haben dieselben Hüllendimensionen wie die Kühlkörper. Wenn Sie das zweiteilige Modell wählen, wird jeder Kühlkörper von zwei Festkörpern dargestellt: einer für den Basisbereich und einer für den Fin-Bereich.

Basisdicke

Die Kühlkörper-Materialmodellkorrelationen verwenden die Basisdicke zur Bestimmung der Wärmeübertragung durch die Basisplatte.

• Bei einem einteiligen Modell geben Sie die tatsächliche Basisdicke an.
• Bei einem zweiteiligen Modell geben Sie null an, da Sie einen einfachen Block-Festkörper modellieren, um die Basisplatte darzustellen. Ein Wert, der nicht Null ist, führt neben der Blockdicke zu zusätzlicher simulierter Basisplattendicke.

Basisleitfähigkeit

Geben Sie die Wärmeleitfähigkeit des Basisplattenmaterials ein.

Fin-Leitfähigkeit

Geben Sie die Wärmeleitfähigkeit des Fin-Materials ein.

Typ

Wählen Sie die Variationsmethode, die der Konfiguration des Kühlkörpers am besten entspricht. Geben Sie dann die entsprechenden Fin-Parameter ein.

Überprüfen der Modellverwendung

Nach der Analyse können Sie Ergebnisse zu den Kühlkörperkomponenten anzeigen, um sicherzustellen, dass die Kühlkörpermaterialgeometrie und die Strömungsbedingungen korrekt sind. Status = Normalbetrieb bedeutet eine zulässige Verwendung des Kühlkörpermaterials. Sonst bietet die Zeile Status Informationen darüber, warum das Material für die Betriebsbedingungen nicht korrekt ist.

Es gibt zwei Methoden, um den Status der Kühlkörpermaterialien zu überprüfen.

• Sie können den Kühlkörperstatus in der Zusammenfassungsdatei anzeigen. Klicken Sie auf Zusammenfassungsdatei im Kontextmenü Überprüfen, um die Zusammenfassung anzuzeigen.
• Halten Sie den Cursor über das Kühlkörpermaterial. In einer QuickInfo werden der Status und einige Betriebsergebnisse für das Material angezeigt.

  

  

  Anmerkung: Während der ersten Iterationen ist es möglich, dass die Kühlkörpermaterial-QuickInfo einen ungewöhnlichen Betrieb angibt, auch wenn die Geometrie und die Betriebsbedingungen akzeptabel sind. Warten Sie, bis die Analyse 100 Iterationen überschreitet, bevor Sie den Statuswert auswerten.

Weitere Informationen zum Zuweisen und Erstellen von Kühlkörpermaterialien.