Расчет распределения температурного поля

Содержание 1. Техническое задание 2. Введение. 3. Физическая модель объекта 4. Расчет модели 5. Метод прогонки 6. Описание работы программы. 7. Литература Приложение распечатка программы, блок-схема алгоритма 1. Техническое задание. Вариант конструкции узла ЭВС прямоугольной формы. Штриховкой выделены области теплоизоляции.Разработать двухмерную тепловую модель электронного узла и рассчитать нестационарный тепловой режим при следующих общих условиях. 1. Теплообмен с горизонтальных поверхностей верхней и нижней отсутствует. Коэффициент теплопроводность анизотропной структуры z считаем бесконечно большим.

Следовательно, тепловую модель можно рассматривать как двухмерную. 2. Геометрические размеры блока по осям координат X, Y 0.20.1м. 3. Объемная мощность тепловыделения в нагретой зоне для контрольного примера расчета изменяется в пределах 1 8 10-3 Втм4. Коэффициент теплоотдачи с боковых поверхностей электронного узла в контрольном примере расчета изменяется в пределах 525 Втм2K 5. Теплофизические параметры нагретой зоны в контрольном примере расчета изменяется в пределах 110 ВтмК, 2 103 кгм3, cp 780 ДжкгК. 6. Теплофизические параметры слоя теплоизоляции в контрольном примере расчета изменяется в пределах 0.5ВтмК, 1.3 103 кгм3, cp 1500 ДжкгК. 7. Число узлов разбиения по осям координат модели не менее 2.

Введение

Введение. Тепловой режим электронно-вычислительной аппаратуры ЭВА в значительной степени определяет надежность е работы.

Комплексная микро миниатюризация устройств электронной техники привела к необходимости более тщательного изучения тепловых режимов проектируемой аппаратуры.

Появление ЭВМ вызвало поистине революционные изменения в теории и практике математического моделирования и синтеза технических устройств.

С позиции теплофизики ЭВМ представляет собой систему многих тел с источниками и стоками энергии, сложным образом распределенных в пространстве и во времени. Значительная часть потребляемой электронной энергии аппаратурой энергии превращается в тепловую, что приводит к повышению температуры деталей и узлов. Известно, что надежность деталей падает с повышением температуры. Увеличение температуры снижает изоляционные свойства отдельных материалов, изменяет плотности и подвижности носителей тока в полупроводниках, изменяет магнитные свойства материалов, увеличивает интенсивность их старения и т. д. Все эти факторы могут привести к искажению сигналов на выходе электронного элемента и даже к отказу самого элемента.

Следовательно, обеспечение нормального теплового режима электронной аппаратуры - необходимое но не единственное условие его надежной работы. Тепловой или температурный режим элемента, микроузла, блока, устройства и всей ЭВМ в целом характеризуется их температурным полем при определенных условиях работы, а требуемый оптимальный тепловой режим режим, соответствующий получению заданной длительности работы ЭВМ при допустимом изменении ее функциональных параметрах в требуемом диапазоне заданных условий эксплуатации.

Оптимальный тепловой режим предполагает создание температурного поля, обуславливающего такое изменение температурно-зависимых функциональных параметров элементов ЭВМ, которое обеспечивает заданное быстродействие и помехоустойчивость при заданных параметрах надежности.

Таким образом, электронные элементы могут нормально работать в ограниченном температурном диапазоне, т.е. обладают ограниченной теплостойкостью. Предельные температуры, ограничивающие диапазон теплостойкости деталей и узлов, определяются разными физическими процессами. Поэтому для каждого типа деталей существуют наиболее уязвимые в тепловом отношении области и предельно допустимая температура.

Например, в интегральных схемах p-n переходы, в трансформаторах - центральные области катушек и т. д. В технической литературе указывают предельно допустимые температуры для различных типов электронных элементов. При конструировании электронной аппаратуры необходимо обеспечить нормальный температурный режим для заданных условий эксплуатации. Следовательно, на стадии проектирования аппаратуры требуется расчетным путем исследовать температурное поле, сделать заключение и при необходимости указать направления доработки изделия.

Для того чтобы произвести расчет, необходимо перейти от сложной реальной конструкции к упрощенной - создать физическую модель, а затем выбрать метод ее расчета. Некоторые электронные аппараты содержат большое число одинаковых в конструктивном отношении элементов деталей, модулей, интегральных схем и т.д повторяющихся во всех измерениях. При этом элементы могут несколько отличаться по размерам, равномерность заполнения платы иногда нарушается.

При анализе теплового режима таких устройств возможно нагретую зону рассматривать как однородное тело, теплофизические свойства которого таковы, что температурные поля реального и однородного тел мало отличаются. К таким моделям электронных аппаратов переходят к плотной установке монтажных плат и смонтированных на них электронных элементов. 3.

Физическая модель объекта

Сеточная функция записывается на место функции в уравнениях 1-3. . mm21 6. На первом этапе область заменяется набором теплоизолированных между со... Ячейки длиной hx располагаются симметрично относительно узлов 2 N-1.

Метод прогонки

значительно меньше, чем N3 при использовании метода Гаусса для систем ... n2 N-1 an1 bn cn1 dn . 2. nN an1 bn cn0 dn. 7.

Описание работы программы

Организован цикл для внутренних точек от 2 до N-1. Блок 4. Увеличение временного шага tame. Блок 12. Проверка условия окончания измерения.

Литература 1. Дульнев Г.Н Тарновский Н.Н Тепловые режимы электронной аппаратуры. Учебное пособие для студентов высших технических заведений.

Энергия, 1971г. 2. Дульнев Г.Н Парфенов В.Г Сигалов А.В. Применение ЭВМ для решения задач теплообмена. Учебное пособие для теплофизических и теплоэнергетических специальностей вузов Москва Высшая школа, 1990г. 3. Епанешников А.М Епанешников В.А. Программирование в среде TURBO PASCAL 7.0. Москва Диалог Мифи, 1996г. Вдоль оси X 8.46 8.58 8.67 8.75 8.80 8.83 8.85 8.85 8.83 8.80 8.75 8.67 8.58 8.46 8.46 8.58 8.67 8.75 8.80 8.83 8.85 8.85 8.83 8.80 8.75 8.67 8.58 8.46 8.46 8.58 8.67 8.75 8.80 8.83 8.85 8.85 8.83 8.80 8.75 8.67 8.58 8.46 8.46 8.58 8.67 8.75 8.80 8.83 8.85 8.85 8.83 8.80 8.75 8.67 8.58 8.46 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 8.46 8.58 8.67 8.75 8.80 8.83 8.85 8.85 8.83 8.80 8.75 8.67 8.58 8.46 8.46 8.58 8.67 8.75 8.80 8.83 8.85 8.85 8.83 8.80 8.75 8.67 8.58 8.46 8.46 8.58 8.67 8.75 8.80 8.83 8.85 8.85 8.83 8.80 8.75 8.67 8.58 8.46 8.46 8.58 8.67 8.75 8.80 8.83 8.85 8.85 8.83 8.80 8.75 8.67 8.58 8.46 8.46 8.58 8.67 8.75 8.80 8.83 8.85 8.85 8.83 8.80 8.75 8.67 8.58 8.46 8.46 8.58 8.67 8.75 8.80 8.83 8.85 8.85 8.83 8.80 8.75 8.67 8.58 8.46 Вдоль оси Y 6.30 6.34 6.36 6.36 6.34 6.31 6.02 5.70 5.76 6.20 6.66 6.65 6.63 6.58 6.30 6.34 6.36 6.36 6.34 6.31 6.02 5.70 5.76 6.20 6.66 6.65 6.63 6.58 6.30 6.34 6.36 6.36 6.34 6.31 6.02 5.70 5.76 6.20 6.66 6.65 6.63 6.58 6.30 6.34 6.36 6.36 6.34 6.31 6.02 5.70 5.76 6.20 6.66 6.65 6.63 6.58 6.30 6.34 6.36 6.36 6.34 6.31 6.02 5.70 5.76 6.20 6.66 6.65 6.63 6.58 6.30 6.34 6.36 6.36 6.34 6.31 6.02 5.70 5.76 6.20 6.66 6.65 6.63 6.58 6.30 6.34 6.36 6.36 6.34 6.31 6.02 5.70 5.76 6.20 6.66 6.65 6.63 6.58 6.30 6.34 6.36 6.36 6.34 6.31 6.02 5.70 5.76 6.20 6.66 6.65 6.63 6.58 6.30 6.34 6.36 6.36 6.34 6.31 6.02 5.70 5.76 6.20 6.66 6.65 6.63 6.58 6.30 6.34 6.36 6.36 6.34 6.31 6.02 5.70 5.76 6.20 6.66 6.65 6.63 6.58 6.30 6.34 6.36 6.36 6.34 6.31 6.02 5.70 5.76 6.20 6.66 6.65 6.63 6.58 6.30 6.34 6.36 6.36 6.34 6.31 6.02 5.70 5.76 6.20 6.66 6.65 6.63 6.58 6.30 6.34 6.36 6.36 6.34 6.31 6.02 5.70 5.76 6.20 6.66 6.65 6.63 6.58 6.30 6.34 6.36 6.36 6.34 6.31 6.02 5.70 5.76 6.20 6.66 6.65 6.63 6.58 Сумарная матрица 15.14 15.26 15.35 15.43 15.48 15.51 15.53 15.53 15.51 15.48 15.43 15.35 15.26 15.14 15.18 15.30 15.40 15.47 15.52 15.56 15.57 15.57 15.56 15.52 15.47 15.40 15.30 15.18 15.21 15.33 15.42 15.49 15.55 15.58 15.60 15.60 15.58 15.55 15.49 15.42 15.33 15.21 15.22 15.34 15.43 15.50 15.56 15.59 15.61 15.61 15.59 15.56 15.50 15.43 15.34 15.22 6.30 6.30 6.30 6.30 6.30 6.30 6.30 6.30 6.30 6.30 6.30 6.30 6.30 6.30 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 5.80 5.80 5.80 5.80 5.80 5.80 5.80 5.80 5.80 5.80 5.80 5.80 5.80 5.80 6.12 6.12 6.12 6.12 6.12 6.12 6.12 6.12 6.12 6.12 6.12 6.12 6.12 6.12 14.86 14.98 15.08 15.15 15.20 15.24 15.25 15.25 15.24 15.20 15.15 15.08 14.98 14.86 14.90 15.02 15.11 15.18 15.24 15.27 15.29 15.29 15.27 15.24 15.18 15.11 15.02 14.90 14.91 15.03 15.13 15.20 15.25 15.29 15.30 15.30 15.29 15.25 15.20 15.13 15.03 14.91 14.91 15.03 15.12 15.20 15.25 15.28 15.30 15.30 15.28 15.25 15.20 15.12 15.03 14.91 14.89 15.01 15.10 15.18 15.23 15.26 15.28 15.28 15.26 15.23 15.18 15.10 15.01 14.89 14.85 14.97 15.06 15.14 15.19 15.22 15.24 15.24 15.22 15.19 15.14 15.06 14.97 14.85 Блок-схема подпрограммы SYSTRD Блок схема подпрограммы raschet и так далее - Приложение распечатка программы Модель-параллепипед размерами dxdy. Размерами и влиянием внешнего кожуха пренебрегаем.

Внутренние источники тепла произвольно распределены по объему параллепипеда.

Внешнее охлаждение- вынужденная конвекция.

В качестве примера на печать выводится температурный профиль по линиям, проходящим через центральную точку и параллельным осям координат.

Максимальное число расчетных точек-1515. Program Vasin uses crt type arrarray 1 20 of real intarray 1 20 of real var r1,r2,r3,r4,r5,r6,r7,r8,hx, hy, dzreal m, n,j, nx1,ny1,nx, ny, m1,m2,m3,n1,n2,x, yin teger w, d,g, barr a, c int ux, uy, usarray 1 25,1 25 of real alfa, time, dx, dy, al1,al2,al3,cr1,ro1,cr2, ro2,qv, t0,tau, tmaxreal procedure systrd dd, bbarr aa, cc int nninteger var xxarr var m, i,kintegerggarray 1 20of real t, j,s, xxmreal begin if nn 2 then begin mnn-1 tbb1 xx1-aa1t gg1-dd1t for i2 to m do begin ki-1 tcci sbbitxxk xxi-aais ggi-dditggks end xxmxxm tccnn xxnn-tggmddnnbbnntxxm for im downto 1 do xxixxixxi1ggi end end BEGIN writeln writeln writelnРасчет распределения температур при нагреве в блоке. writelnВводимые величины имеют размерность М,Вт,Сек. writeln writeln Размеры блокаdx, dy. Теплофизические параметры теплопроводность, теплоемкость, плотность -ненагретой зоны al2, cr2, rо2 -нагретой зоны al1, cr1, ro1 alfa- коэфф.теплоотдачи QV -мощность тепловыделения,Вт t0-начальный температурный перегрев нагретой зоны un, m-текущий температурный перегрев точек тела относительно температуры окружающей среды dx0.2 dy0.1 tmax3600 tau60 al15 cr1780 ro12000 al20.5 cr21500 ro21300 alfa5 QV8000 BT t00 nx14 ny14 writeln Введите размеры параллепипеда dx, dy, dz readln dx, dy writeln Введите теплопроводность al, теплоемкость cr writeln и плотность ro нагретой зоны readln al1,cr1,ro1 writeln Введите теплопроводность al, теплоемкость cr writeln и плотность ro ненагретой зоны readln al2,cr2,ro2 writeln Ввести мощность внутреннего тепловыделения QV,Вт readln QV writeln Ввести коэффициент теплоотдачи alfa readlnalfa writeln Ввести начальный температурурный перегрев блока t0 readln t0 writeln Ввести число точек по осям nx, ny readln nx, ny writeln Шаг по времени tau readln tau writeln Max время расчета tmax readln tmax clrscr al32al1al2al1al2 m17m210 for m1 to ny do for n1 to nx do begin uxn, mt0 uyn, mt0 end nx1nx-1 ny1ny-1 hxdxnx1 hydyny1 r1cr1ro1sqrhxal1tau r2cr2ro2sqrhxal2tau r3cr1ro1sqrhxal3tau r4cr2ro2sqrhxal3tau r5cr1ro1sqrhyal1tau r6cr2ro2sqrhyal2tau r7cr1ro1sqrhyal3tau r8cr2ro2sqrhyal3tau time0 j1 REPEAT timejtau for m1 to ny do begin for n1 to nx do begin 1 if 1 mandm m1-1orm m21andn1 then begin an1 bn-11alfahxal1r12 cn0 dnqvsqrhx4al1r12uxn, m end 2 if 1 mandm m1-1orm m21and2 nandn nx1 then begin an1 bn-12r1 cn1 dnqvhxhx2al1r1uxn, m end 3 if 1 mandm m1-1orm m21andnnx then begin an0 bn-11alfahxal1r12 cn1 dnqvhxhx4al1r1uxn, m2 end 4 if m1 mandm m2andn1 then begin an1 bn-11alfahxal2r22 cn0 dnr2uxn, m2 end 5 if m1 mandm m2and2 nandn nx1 then begin an1 bn-12r2 cn1 dnr2uxn, m end 6 if m1 mandm m2andnnx then begin an0 bn-11alfahxal2r22 cn1 dnr2uxn, m2 end end systrdd, b,a, c,nx, w for n1 to nx do uxn, mwn end for n1 to nx do begin for m1 to ny do begin 1 if 1 nandn nxandm1 then begin am1 bm-1alfahyal11r52 cm0 dmqvhyhy4al1r5uyn, m2 end 2 if 1 nandn nxand2 mandm m1-2 then begin am1 bm-12r5 cm1 dmqvhyhy2al1r5uyn, m end 3 if 1 nandn nxandm22 mandm ny1 then begin am1 bm-12r5 cm1 dmqvhyhy2al1r5uyn, m end 4 if 1 nandn nxandm11 mandm m2-1 then begin am1 bm-12r6 cm1 dmr6uyn, m end 5 if 1 nandn nxandmm1-1 then begin am1 bm-11al1al3r7 cmal1al3 dmqvhyhy2al3r7uyn, m end 6 if 1 nandn nxandmm1 then begin am1 bm-11al3al2r8 cmal3al2 dmr8uyn, m end 7 if 1 nandn nxandmm2 then begin am1 bm-11al2al3r8 cmal2al3 dmr8uyn, m end 8 if 1 nandn nxandmm21 then begin am1 bm-11al3al1r7 cmal3al1 dmqvhyhy2al3r7uyn, m end 9 if 1 nandn nxandmny then begin am0 bm-11alfahyal1r52 cm1 dmqvhyhy4al1r5uyn, m2 end end systrdd, b,a, c,ny, w for m1 to ny do uyn, mwm end for n1 to nx do begin for m1 to ny do begin 1 if 1 nandn nxandm1 then begin am1 bm-1alfahyal11r52 cm0 dmqvhyhy4al1r5uyn, m2 end 2 if 1 nandn nxand2 mandm m1-2 then begin am1 bm-12r5 cm1 dmqvhyhy2al1r5uyn, m end 3 if 1 nandn nxandm22 mandm ny1 then begin am1 bm-12r5 cm1 dmqvhyhy2al1r5uyn, m end 4 if 1 nandn nxandm11 mandm m2-1 then begin am1 bm-12r6 cm1 dmr6uyn, m end 5 if 1 nandn nxandmm1-1 then begin am1 bm-11al1al3r7 cmal1al3 dmqvhyhy2al3r7uyn, m end 6 if 1 nandn nxandmm1 then begin am1 bm-11al3al2r8 cmal3al2 dmr8uyn, m end 7 if 1 nandn nxandmm2 then begin am1 bm-11al2al3r8 cmal2al3 dmr8uyn, m end 8 if 1 nandn nxandmm21 then begin am1 bm-11al3al1r7 cmal3al1 dmqvhyhy2al3r7uyn, m end 9 if 1 nandn nxandmny then begin am0 bm-11alfahyal1r52 cm1 dmqvhyhy4al1r5uyn, m2 end end systrdd, b,a, c,ny, w for m1 to ny do usn, mwmuxn, m end jj1 UNTIL time tmax writelnВдоль оси X for mny downto 1 do begin for n1 to nx do begin writeuxn, m32, end writeln end readln writelnВдоль оси Y for nnx downto 1 do begin for m1 to ny do begin writeuyn, m32, end writeln end readln writelnСуммарная матрица for mnx downto 1 do begin for n1 to ny do begin writeusn, m32, end writeln end readln end. Результаты программы Вдоль оси X 8.46 8.60 8.70 8.78 8.83 8.85 8.85 8.83 8.78 8.70 8.60 8.46 8.46 8.60 8.70 8.78 8.83 8.85 8.85 8.83 8.78 8.70 8.60 8.46 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 8.46 8.60 8.70 8.78 8.83 8.85 8.85 8.83 8.78 8.70 8.60 8.46 8.46 8.60 8.70 8.78 8.83 8.85 8.85 8.83 8.78 8.70 8.60 8.46 8.46 8.60 8.70 8.78 8.83 8.85 8.85 8.83 8.78 8.70 8.60 8.46 8.46 8.60 8.70 8.78 8.83 8.85 8.85 8.83 8.78 8.70 8.60 8.46 8.46 8.60 8.70 8.78 8.83 8.85 8.85 8.83 8.78 8.70 8.60 8.46 8.46 8.60 8.70 8.78 8.83 8.85 8.85 8.83 8.78 8.70 8.60 8.46 Вдоль оси Y 4.35 4.36 4.32 4.23 4.08 3.88 2.47 0.00 0.00 0.86 1.33 1.35 4.35 4.36 4.32 4.23 4.08 3.88 2.47 0.00 0.00 0.86 1.33 1.35 4.35 4.36 4.32 4.23 4.08 3.88 2.47 0.00 0.00 0.86 1.33 1.35 4.35 4.36 4.32 4.23 4.08 3.88 2.47 0.00 0.00 0.86 1.33 1.35 4.35 4.36 4.32 4.23 4.08 3.88 2.47 0.00 0.00 0.86 1.33 1.35 4.35 4.36 4.32 4.23 4.08 3.88 2.47 0.00 0.00 0.86 1.33 1.35 4.35 4.36 4.32 4.23 4.08 3.88 2.47 0.00 0.00 0.86 1.33 1.35 4.35 4.36 4.32 4.23 4.08 3.88 2.47 0.00 0.00 0.86 1.33 1.35 4.35 4.36 4.32 4.23 4.08 3.88 2.47 0.00 0.00 0.86 1.33 1.35 4.35 4.36 4.32 4.23 4.08 3.88 2.47 0.00 0.00 0.86 1.33 1.35 4.35 4.36 4.32 4.23 4.08 3.88 2.47 0.00 0.00 0.86 1.33 1.35 4.35 4.36 4.32 4.23 4.08 3.88 2.47 0.00 0.00 0.86 1.33 1.35 Суммарная матрица 9.82 9.95 10.06 10.13 10.18 10.20 10.20 10.18 10.13 10.06 9.95 9.82 9.80 9.93 10.04 10.11 10.16 10.18 10.18 10.16 10.11 10.04 9.93 9.80 0.86 0.86 0.86 0.86 0.86 0.86 0.86 0.86 0.86 0.86 0.86 0.86 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.49 2.49 2.49 2.49 2.49 2.49 2.49 2.49 2.49 2.49 2.49 2.49 12.37 12.50 12.61 12.68 12.73 12.76 12.76 12.73 12.68 12.61 12.50 12.37 12.57 12.71 12.81 12.89 12.93 12.96 12.96 12.93 12.89 12.81 12.71 12.57 12.72 12.85 12.96 13.03 13.08 13.11 13.11 13.08 13.03 12.96 12.85 12.72 12.81 12.95 13.05 13.13 13.18 13.20 13.20 13.18 13.13 13.05 12.95 12.81 12.85 12.99 13.09 13.17 13.22 13.24 13.24 13.22 13.17 13.09 12.99 12.85 12.84 12.98 13.08 13.16 13.21 13.23 13.23 13.21 13.16 13.08 12.98 12.84 Значения по X Значения по Y.