다수의 수동식 냉각 장치의 열 성능은 외부 환경과의 상호 작용에 따라 다릅니다. 수동식 냉각 장치는 주로 내부 팬으로 냉각되는 능동식 냉각 장치와 달리, 장치의 외부 공기의 이동을 통해 냉각됩니다. 이러한 상호 작용을 시뮬레이션하기 위해 장치 주위에 공기 영역이 완벽하게 구성됩니다.
장치 내부의 공기 영역은 이러한 외부 체적에 비해 아주 작습니다. 하지만 대부분의 경우 모형 내에 포함되어 있어야 합니다. 이 영역이 외부 영역과 단절되도록 장치를 밀봉하거나 외부 공기가 장치를 통과하도록 환풍시킬 수 있습니다.
다른 수동식 냉각 구성과 마찬가지로 부력이 열 전송의 주 매커니즘입니다. 가열된 구성요소에서 케이스로의 전도도 중요하므로 충분한 전도 경로를 제공하도록 실제 링크를 모델링하는 것이 좋습니다.
적용 분야
테이블에 위에 놓인 프로젝터
밑면에서 조립된 ATR 상자
테이블이나 TV 스탠드 위에 놓인 TV 또는 모니터
테이블이나 플랫폼 위에 놓인 라우터, 하드 드라이브, 인버터
송전선 또는 전신주에 매달린 통신 모듈 또는 변압기
벽에 장착된 온도 조절기
매달린 조명 장치
모델링 전략
주변 환경을 기준으로 한 장치 배치에 따라 테이블 장착, 공중 장착(예: 기둥 또는 와이어) 및 벽 장착, 이렇게 세 가지 주요 모델링 전략이 있습니다.
테이블 장착
- 수평 표면에 장착된 장치를 모델링합니다. 테이블 위에 놓인 라우터를 예로 들 수 있습니다. "버킷" 구성이라고도 합니다.
- 상단 표면만 개구부입니다. 공기가 이 개구부를 통해 들어가고 나갑니다. 이러한 장치는 일반적으로 엔클로저의 하단 표면이 닿습니다.
- 엔클로저 크기는 장치의 3면 치수 평균에 따라 정해집니다. 흐름의 안정성은 엔클로저의 종횡비에 따라 다릅니다. 길고 좁은 장치의 경우 이렇게 하면 환경에 적절한 종횡비가 있습니다.
- 아래에서 왼쪽에 표시된 그래프는 측면에서 본 모습을 나타내고 오른쪽에 표시된 그래프는 정면에서 본 모습을 나타냅니다.
공중 장착
- 기둥이나 와이어와 같이 물리적 경계에서 멀리 떨어져 장착된 장치를 모델링합니다. 송전선에 매달린 통신 모듈을 예로 들 수 있습니다. "굴뚝" 구성이라고도 합니다.
- 상단 및 하단 표면이 개방되어 있습니다. 공기가 하단에서 들어와 상단을 통해 빠져 나갑니다.
- 장치 주변에 엔클로저를 구성하고 엔클로저 내에서 수평으로 장치를 중앙에 배치합니다. 엔클로저의 크기는 아래 그림과 같이 장치의 크기를 기준으로 계산해야 합니다.
- 하단 개구부에서 수직으로 총 길이의 1/3 위치에 라이트를 배치합니다.
- 아래에서 왼쪽에 표시된 그래프는 측면에서 본 모습을 나타내고 오른쪽에 표시된 그래프는 정면에서 본 모습을 나타냅니다.
벽 장착
- 장치 주변에 엔클로저를 구성하고 엔클로저 내에서 수평으로 장치를 중앙에 배치합니다. 엔클로저의 크기는 아래 그림과 같이 장치의 크기를 기준으로 계산해야 합니다. 반대쪽 벽의 크기는 벽에 수직인 치수의 세 배여야 합니다. 이 방법은 "굴뚝" 구성의 변형으로 간주됩니다.
- 하단 개구부에서 수직으로 총 길이의 1/3 위치에 장치를 배치합니다.
- 아래에서 왼쪽에 표시된 그래프는 측면에서 본 모습을 나타내고 오른쪽에 표시된 그래프는 정면에서 본 모습을 나타냅니다.
재질
- 부력에 따라 흐름이 발생하므로 공기 재질 특성이 달라질 수 있어야 합니다.
- 공기를 지정하고 환경 설정을 가변으로 설정합니다.
- 매우 얇은 엔클로저의 경우, 열 전달은 대류 대신 주로 열 전도에 의해 발생합니다. 특정 응용 사례에서는 흐름을 해석하지 않고도 열 전달을 정확하게 시뮬레이션할 수 있습니다. 공기와 동일한 특성을 갖는 사용자 고체 재료를 작성합니다. "솔리드 공기" 재료 사용에 대한 자세한 정보...
- 복사가 포함된 경우 유체 및 고체 재질에 대해 방사율을 지정합니다. (유체 재질에 대해 지정된 방사율은 유체가 닿는 솔리드 및 벽 표면에만 적용됩니다.)
- 재료 장치를 사용하여 배플, 내부 팬, 인쇄 회로 기판, 압축 열 모형 및 열 전기 장치와 같은 객체를 시뮬레이션합니다. 재료 장치 사용에 대한 자세한 정보...
경계 조건
테이블 장착
- 개구부(일반적으로 상단 표면)를 정의하려면 정적 게이지 압력 = 0을 지정합니다.
- 개구부에 온도 구속 조건을 지정하려면 필름 계수 = 2W/mK 2 및 참조 온도 = 주변 온도를 지정합니다.
- 단열 표면을 시뮬레이션하려면 맨 아래 표면을 지정되지 않은 상태로 둡니다. 단, 하단 표면의 온도가 일정하거나 열이 하단 표면을 통해 들어오거나 빠져나가는 경우는 예외입니다. 온도, 열 플럭스 또는 필름 계수를 각각 지정합니다.
- 열을 분산시키는 구성요소에 총 열 생성 경계 조건을 적용합니다.
공중 및 벽 장착
- 상단 및 하단에 개구부를 정의하려면 정적 게이지 압력 = 0을 상단 및 하단, 두 표면에 지정합니다.
- 하단 표면(입구): 정적 온도 = 주변 온도
- 열을 분산시키는 구성요소에 총 열 생성 경계 조건을 적용합니다.
메쉬
고품질 해석 모형에 대한 기본 지침은 흐름 및 온도 그라데이션을 효율적으로 해석할 수 있도록 메쉬 분산을 충분히 커야 한다는 것입니다. 흐름이 순환하거나 큰 그라데이션(후류, 정점 및 분리 영역에서처럼)이 발생하는 영역에서는 정교한 메쉬가 필요합니다.
대부분의 모형에서는 자동 크기 조정을 사용하여 메쉬 분산을 정의합니다. 매우 상세한 형상 피쳐에서 메쉬를 로컬로 미세 조정해야 할 수 있습니다. 메쉬 자동 크기 조정 및 모형 준비에 대한 자세한 정보...
대부분의 경우 전체 메쉬 개수에 미치는 영향을 줄이기 위해 최소 미세 조정 길이를 조정해야 할 수 있습니다.
높은 그라데이션 흐름 영역의 메쉬를 로컬로 미세 조정하려면
- 형상 볼륨 및 표면의 메쉬 분산을 조정합니다.
- 특정 영역에 적절한 형상 피쳐가 없는 경우 다음과 같이 메쉬 미세 조정 영역을 작성합니다.
- CAD 모형에 볼륨을 하나 이상 추가합니다.
- 메쉬 작업에서 미세 조정 영역을 작성합니다.
실행 중
- 흐름 = 켜기
- 열 전달 = 켜기
- 구성요소 온도가 상대적으로 높은 경우 복사 = 켜기로 설정합니다. 복사에는 일반적으로 안정화 효과가 있습니다. 일부 모형에서 복사 효과를 무시하면 실제 값보다 온도가 대략 20% 정도 올라갑니다. 유용한 전략은 복사 없이 200회 반복 실행한 다음 복사를 사용으로 설정하고 계속하는 것입니다. 그러면 해석 시간이 줄어들고 복사 효과를 자세히 파악할 수 있습니다. 적절한 방사율 재료 특성 값을 지정해야 합니다. 복사 모델링에 대한 자세한 정보.
- 중력 벡터를 지정합니다.
- 난류: 이러한 적용 분야에서 흐름은 일반적으로 층류입니다. 설정 대화상자에서 난류 버튼을 클릭하고, 층류를 선택합니다. 솔루션이 처음 100회 반복 내에서 수렴되면 K-epsilon 모형을 선택하고 반복 0에서 해석을 다시 시작합니다.
결과 추출
유동 분포
구성요소 온도
- 결과 평면 및 등위면을 사용하여 설비 내부 및 주변의 흐름을 시각화합니다.
- 입자 추적을 사용하여 공기 이동을 시각화합니다.
- 온도를 부품에 직접 표시하고 결과 부품을 사용하여 정량적 온도 결과를 추출합니다.
- 결정 센터를 사용하여 여러 시나리오의 결과를 비교합니다. 요약 이미지를 저장하고 요약 항목을 작성한 후 임계 값 테이블에서 결과를 평가합니다.
일반 정보를 확인하려면 결과 시각화 도구의 광범위한 집합을 사용하여 흐름 및 열 결과를 추출합니다.
문제 해결
공중 장착 및 벽 장착
왼쪽에 표시된 대로 흐름이 영역의 하단 표면을 통해 들어가고, 장치를 중심으로 돌아, 기둥을 형성하며 기속화되는 것이 이상적입니다. 오른쪽에 표시된 대로 흐름이 상단 개구부에서 들어오면 안 됩니다.
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흐름이 상단에서 들어오는 경우 다음과 같은 두 가지 수정 조치를 수행하는 것이 좋습니다.
- 필름 계수 경계 조건을 상단 표면에 적용합니다. 필름 계수 = 2W/mK 2 및 참조 온도 = 주변 온도 + 1도를 지정합니다.
- 설비 위의 메쉬를 미세 조정합니다. 설비 바로 위에 메쉬 미세 조정 영역을 작성하면 편리합니다. 이 영역에서 메쉬에 초점을 두면 흐름 그라데이션이 더 정확하게 계산됩니다.
- 로컬 신축을 1.1에서 1.08로 줄입니다. 문제가 계속될 경우 다음과 같이 1.05로 줄입니다.
- 메쉬 작업에서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하고 편집을 선택합니다.
- 메쉬 빠른 편집 대화상자에서 고급 버튼을 클릭합니다.
- 로컬 신축 필드에서 값을 변경합니다.
테이블 기반
왼쪽에 표시된 대로 흐름이 개구부 측면에서 들어가고 중앙을 통해 나가는 것이(장치에서 기둥 형성) 이상적입니다. 오른쪽에 표시된 대로 흐름이 한 쪽에서만 들어가고 다른 쪽 근처에서 나가면 안 됩니다.
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흐름이 한 쪽에서 들어가고 다른 쪽을 통해 나가는 경우에는 설비 위의 메쉬를 미세 조정하는 것이 좋습니다. 장치 바로 위에 메쉬 미세 조정 영역을 작성하면 편리합니다. 이 영역에서 메쉬에 초점을 두면 흐름 그라데이션이 더 정확하게 계산됩니다.
피해야 할 사항
- 장치의 외부 표면에 필름 계수를 적용하면 안 됩니다. 주변 공기 체적이 모델링되므로 장치에서 주변 공기로의 대류성 열 전달이 계산됩니다.
- 장치가 환기되는 경우 환풍구에 압력 조건을 적용하지 마십시오. 이러한 표면은 해석 모형에 내부에 있으므로 적용된 압력 조건이 필요하지 않습니다. 그러나 공기 체적의 외부 표면에 압력을 적절하게 적용해야 합니다.
- 이 방법은 특히, 장치에 세부 정보가 많은 포함된 경우 계산 집약적일 수 있습니다. 효율적으로 모델링하려면 불필요한 세부 사항을 제거하십시오.