Моделювання та аналіз теплопровідних елементів електронних пристроїв
Автор: Шимоняк Андрій Анатолійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Інформаційні технології проектування
Інститут: Інститут комп'ютерних наук та інформаційних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Шимоняк А.А., Здобицький А.Я. (керівник). Моделювання та аналіз теплопровідних елементів електронних пристроїв. Магістерська кваліфікаційна робота - Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2022. В роботі розглядається передача теплової енергії, виробленої електронними компонентами до пластинчастих радіаторів із профільованими теплорозсіювальними компонентами термоелектричної системи шляхом провідності, конвекції, випромінювання або комбінацією цих методів теплопередачі. Забезпечуючи тепловідвід від елементів із більш високою температурою (мікросхема) до елементів з більш нижчою. Об’єкт дослідження – процес теплопередачі від електронних компонентів до елементів системи охолодження. Предмет дослідження – параметри функціонування термоелектричної системи охолодження електронних компонентів відповідно до термомеханічних навантажень. Мета роботи – комплексний аналіз моделі пасивної термоелектричної системи на основі мінімізації температури компонентів шляхом забезпечення енергетичної рівноваги термоелектричного модуля відповідно до параметрів радіаторів повітряного охолодження. У поточному дослідженні аналізуються стандартні та модернізовані конструкції пластинчастих і штифтових радіаторів із профільованими теплорозсіювальними компонентами. Практична цінність роботи полягає в імітаційному моделюванні процесу охолодження електронних компонентів та комплексному аналізі термомеханічних напружень термоелектричної системи відповідно до параметрів та конструкції радіаторів повітряного охолодження з врахуванням сумарної потужності елементів. Для досягнення поставленої мети доцільно здійснити аналіз термомеханічних навантажень електронних компонентів, що передбачає створення детальної CFD моделі електронного охолодження з використанням даних MCAD і ECAD та тривимірної детальної теплової моделі засобами САПР, включення даних ECAD для розгляду багатошарової друкованої плати та кріплення компонентів, оцінка температур з’єднання компонентів і друкованих плат та розуміння напрямків потоку повітря, експорт 3D перехідних температурних полів, які є результатом моделювання в середовищі CFD і з врахуванням сітки FEA, аналіз термомеханічних напружень та підбір параметрів конструкції радіаторів повітряного охолодження. В першому розділі розглянуто особливості теплопередачі та розсіювання тепла електронних компонентів, зокрема способи розподілу та переміщення теплової енергії пристроями активного і пасивного типу. В другому розділі обґрунтовано вибір середовища моделювання CFD, що дозволяє візуалізувати потік тепла за допомогою картографування контурів і ліній потоку, а також проаналізувати ефективність роботи системи охолодження електронних компонентів. В третьому розділі наведено результати моделювання процесу охолодження електронних компонентів мікрокомп’ютера Raspberry Pi 4 із врахуванням матеріалу виготовлення друкованих плат, обертів вентилятора, типу радіаторів та споживаної потужності. Отримано графік конвергенції, а також пікові значення температури і тиску та візуалізовано вектори швидкості теплового потоку відповідно до заданих параметрів теплопровідних елементів. Ключові слова: конвекція, конвергенція, теплообмін, електронні компоненти, CFD моделювання, 3D модель, система охолодження.