חלק שלישי מארזי עיצוב תרמי

תכנון וסימולציה של מערכת בקרה תרמית ללוויין מיקרו ימי

הדמיה תרמית ואופטימיזציה של תחנת בסיס ניידת 3G

ניתוח תרמי של ספק כוח תקשורת חיצוני

ניתוח תרמי של מודול ZTE EDFA

מקרה 1 סוג מסוים של מיקרו עיצוב מערכת בקרה תרמית לוויינית ימית

לוויין מיקרו ימי: לוויין בעל מסה של פחות מ-10 ק"ג ועם פונקציות שימוש מעשיות. הטיאנגונג-2, שישוגר בספטמבר 15-20, ישא לוויין נלווה שהוא לוויין מיקרו ימי.

הלוויין מורכב בעיקר מתא עומס, קופסת מודול, לוח מפרש של תאים סולאריים וכו'. תא המטען מכיל שילוב מיקרו אינרציאלי, ערכת סוללות, תיבת אחסון, מצלמה ורכיבים נוספים, אשר תפקידם להדמיה והעברת מידע ל- קרקע, אדמה. הלוויין פועל בסביבת חלל ואקום גבוה, והעברת החום מתבצעת בעיקר באמצעות הולכה וקרינה.

מטרת תכנון בקרה תרמית לוויינית היא לספק את טמפרטורת הסביבה הנדרשת לפעולה רגילה של מטען לוויין ומכשירים וציוד פלטפורמה לוויינית של כל תת-מערכת באמצעות שיטות תכנון תרמי סביר ואמצעי בקרה תרמית, ובמקביל להבטיח כי כל הציוד על פני הלוויין עובד בטווח הטמפרטורות הנדרש.

עקוב אחר העקרונות: השימוש בטכנולוגיית בקרה תרמית בוגרת ובתהליך היישום, עקוב אחר נורמות ותקני הבקרה התרמית, ושאף להיות פשוט, אמין; כל העיצוב התרמי של הכוכב בהתאם למצב הבקרה התרמית הפסיבית הוא העיקרי, במצב הבקרה התרמית הפסיבית לא יכול לעמוד בדרישות, ואז לשקול את אמצעי הבקרה התרמית האקטיבית של פיצוי חימום חשמלי, ולשאוף להשיג את הצימוד התרמי הטוב ביותר מַנגָנוֹן; כוכב ציוד כללי יחד עם עיצוב טווח הטמפרטורות של השוליים של ± 10 מעלות.

אמצעי בקרה תרמית :

בהתחשב במבנה הלוויין, בדרישות הטמפרטורה ובסביבת החלל בה הוא נמצא, ננקטים אמצעי הבקרה התרמית הבאים.

מלבד מערכת ההנעה, פני השטח החיצוניים של מטענים אחרים מושחרים ושחור פני השטח ε גדול או שווה ל-0.8;

ε גדול או שווה ל-0.5 על המשטחים הפנימיים של המודול וגוף המטען;

לוחות המעגלים בקופסת המודול מלאים בחומר מוליך חום או בשומן מוליך חום בין המעגלים לבין משטחי ההרכבה שלהם;

המשטחים החיצוניים של מגנומטרים, אנטנות GPS וכו' הממוקמים מחוץ לכוכב צבועים בצבע אפור אורגני או בצבע שחור אורגני a/ε{{0}}.85/0.8;

התוכנה IDEAS TMG קובעת את מודל האלמנט הסופי הכולל של הלוויין ואת מודול האלמנטים הסופי של מודול המטען כדלקמן

רקע החלל הוא שטח שחור קר של 4K, והפרמטרים של מסלול וגישה מוקלטים (מסלול מעגלי סינכרוני לשמש, הגובה נלקח כ-550 ק"מ, הנטייה נלקחת כ-95 מעלות, הזמן המקומי של הצומת היורד נלקח כ-11:{{ 5}} וכו'), והיחס המיוצב תלת-צירי נלקח כאשר ציר +Z מצביע למרכז כדור הארץ, וציר +X מצביע לכיוון הטיסה.

הטמפרטורה של כל חלק בלוויין במצב יציב מוצגת בטבלה הבאה

האיורים הבאים מציגים את התפלגות הטמפרטורה של הלוויין כולו, מודול המטען, לוח המפרש של תא השמש, הלוח העליון ואנטנת המגנומטר ו-GPS, בהתאמה ענן חלוקת הטמפרטורה

תוצאות הסימולציה מראות שתכנית התכנון התרמי שאומצה עומדת בדרישות שהציג הלוויין הכולל, כאשר הטמפרטורה של מכשירים וציוד כללי בתא הנוסעים נעה בין 10 מעלות ל-+45 מעלות, וטמפרטורת המכשירים והציוד מחוץ לתא הנוסעים בין מעלות -80 ל-+80 מעלות .

מקרה 2 סימולציה תרמית ואופטימיזציה של תחנת בסיס ניידת 3G

1,דגם בפועל

תחנת הבסיס הניידת משתמשת בארון סטנדרטי 19-אינץ' עם סה"כ 20 עמדות לוח הכנסת PCB.

a,אפשרות 1 (תוכנית חילוץ עליונה)

המבנה הסכמטי של תוכנית זו מוצג באיור הימני. הגובה הכולל של הארון הוא 10U. ביניהם, גובה אזור החדרת הלוח הוא 7U, גובה כניסת האוויר התחתונה הוא 1U, וגובה יציאת האוויר העליון הוא 2U. נעשה שימוש בשני מאווררים צנטריפוגליים מבית EBM, הממוקמים בחלק העליון של הארון.

b, אפשרות שנייה (תוכנית ניפוח תחתונה)

המבנה הסכמטי של תוכנית זו מוצג באיור הימני. הגובה הכולל של הארון הוא 10 U. גובה כניסת האוויר התחתונה הוא 2 U, וגובה יציאת האוויר העליון הוא 1 U. נעשה שימוש בשישה מאווררים צירים מ-EBM וממוקמים בתחתית הארון.

c,אפשרות שלישית (תוכנית שאיבת אוויר עליון מאוורר צירי)

המבנה הסכמטי של תוכנית זו מוצג באיור הימני. גובה יציאת האוויר העליון הוא 2U, וגובה כניסת האוויר התחתונה הוא 1U. מידות אחרות זהות ל- Scheme II, המאמצת שישה מאווררים צירים מ-EBM וממקמת אותם בחלק העליון של הארון.

תוצאות סימולציה

א, תוצאות של ניתוח מספרי עבור תרחיש 1

I

b,תוצאות של ניתוח מספרי עבור תרחיש2

c,תוצאות של ניתוח מספרי עבור תרחיש3

מסקנה של סימולציה

אוֹפְּצִיָהל-2 יש את אפקט הקירור הטוב ביותר

אמנם תוכנית שלוש משתמשת באותו מספר וסוג של מאווררים צירים כמו בתוכנית שניה, אבל בגלל שהם ממוקמים בחלק העליון של המרכב, כך שיציאת האוויר וציר המאוורר מאונכים זה לזה, ובכך מגדילים את התנגדות הרוח של המערכת , ומאווררים צירים מאופיינים בנפח אוויר גדול, לחץ הרוח קטן, ולכן אפקט הקירור של התוכנית השלישית נמוך בהרבה מזה של התוכנית השנייה.

אפשרות 1 משתמשת בשני מאווררים צנטריפוגליים, נפח האוויר הכולל שלהם קטן בהרבה משישה מאווררים צירים; ובשל חוסר האחידות של חלוקת המאוורר, כך שלמיקום לוח התקע על פיזור הטמפרטורה של לוח התקע יש השפעה גדולה יותר על אפקט פיזור החום הכולל גרוע יותר מהתוכנית השנייה.

שימו לב למיקום הלוח

תחת פתרונות קירור שונים, חלוקת טמפרטורת לוח ה-PCB בכל עמדת לוח שונה. כאשר יש מקום נוסף בלוח, עליך לשים לב לתעדוף את ה-PCB של מיקום הלוח בטמפרטורה נמוכה יותר.

מקרה 3 ניתוח תרמי של ספק כוח תקשורת חיצוני

ניתוח דרישות:

מודול המרת AC/DC. מוצר מידות כוללות של 320 מ"מ אורך, 70 מ"מ רוחב ו-255 מ"מ גובה.

מבנה סגור לחלוטין, דרגת עמיד למים ואבק הנדרשת מחוזקת IP55, כלומר, תנאי הבדיקה של המוצר הם טמפרטורת המים היא 10 מעלות והמוצר בטמפרטורת הסביבה של 60 מעלות בתנאי הפעולה ל- שיווי משקל תרמי של מבחן עמיד למים.

סביבת היישום העיקרית של המוצר היא מתלה משדר חיצוני, שיטת פיזור החום היא הסעה טבעית, ובמקביל יש קרינת שמש, המוצר הוא מבנה סגור לחלוטין, החום שנוצר מהרכיבים הוא בעיקר דרך הולכה ל- מעטפת מתכת, ולאחר מכן דרך ההסעה הטבעית כדי לפזר את החום.

המעגל הראשי מותקן על גוף הקירור כפי שמוצג להלן. המעגל הראשי מותקן על כיסוי גוף הקירור, המעגל ומכסה גוף הקירור מלאים בדבק עציצים מוליך תרמית כמדיום תרמי לפיזור חום, מכשירי החשמל להפקת החום מקובעים לקצוות כיסוי גוף הקירור עם פסי דחיסה, וחומר בידוד מוליך תרמי משמש כתווך מוליך תרמי בין הרכיבים לכיסוי גוף הקירור.

ההרכבה על בית גוף הקירור של לוח ה-EMI מוצגת באיור שלמטה, ושיטת ההרכבה דומה לזו של המעגל הראשי.

המבנה הכללי של מודול אספקת החשמל, כאשר בית כיסוי גוף הקירור מותקן הרמטית ואטום למים עם פס גומי במרכז.

המודל התרמי שנוצר לאחר פישוט על ידי תוכנת Flotherm הוא כדלקמן.

עבור הדמיית פיזור חום של מודול אספקת החשמל, מודל הסימולציה מניח את ההנחות הבאות מבלי להשפיע על תוצאות הפתרון:

העברת החום בתוך מודול הכוח נשלטת על ידי הולכה, והסעה וקרינה תופסות חלק קטן מאוד, כך שהעברת החום הפנימית מתחשבת רק בפיזור חום הולכה ומתעלמת מהסעה וקרינה.

העברת החום בין מודול הכוח לסביבה החיצונית נשלטת על ידי הסעה טבעית, ויש גם פיזור חום קרינה, ולכן יש לקחת בחשבון הסעה טבעית ופיזור חום קרינה.

קרינת השמש משמשת כמקור חום חיצוני.

אלמנט יצירת החום הפנימי פועל כמקור חום קבוע וכמות החום שנוצרת אינה משתנה עם הטמפרטורה.

המוליכות התרמית של הרכיבים בתוך מערכת גוף הקירור היא איזוטרית ואינה משתנה או משתנה עם הטמפרטורה.

האוויר בתוך תחום הפתרון הוא גז אידיאלי והשפעות המסה והכוח מוזנחות.

הגבולות והפרמטרים העיקריים של מודול הכוח הם כדלקמן:

פרמטרים סביבתיים טמפרטורת הסביבה היא 55 מעלות, ההנחה היא שהגובה הוא פני הים, תכונות האוויר מוגדרות כנוזל של 55 מעלות, פיזור חום הסעה טבעית, מהירות הנוזל היא פחות מ-1.0m/s, ציוד התקנה חיצוני עם קרינת שמש .

מידות מודול כוח המידות החיצוניות של המוצר הן אורך 320 מ"מ, רוחב 70 מ"מ וגובה של 255 מ"מ.

הגדרת תחום פתרון כיוון כבידה שלילי 510 מ"מ, כיוון כבידה 255 מ"מ, כיוון x אופקי 320 מ"מ, כיוון y אופקי 70 מ"מ.

צריכת חשמלפרמטרים של המרכיבים העיקריים של צריכת החשמל לפי חלוקת מיקום רכיב של צריכת החשמל, להגדיר של הרכיב יש מאפייני פיזור חום קרינה, רכיבי צריכת החשמל של הטבלה הבאה, חלוקת המיקום מוצגת באיור מימין.

פרמטרים של חומר חומר המארז הוא סגסוגת אלומיניום, לוח ה-PCB הוא FR-4, וחומרי המוליכות התרמית הם Gap-Pad VO Soft, LORD 309 דבק מוליך תרמי לעציץ ו-Sil-Pad 900S. המוליכות התרמית של החומרים מוצגת בטבלה שלהלן.

מודל סימולציה מרושת

עקומת התכנסות (מתמטיקה)

פרופיל טמפרטורה

תוצאות סימולציה

חלוקת שדה טמפרטורת מודול הכוח

חלוקת שדה טמפרטורה של התקנים להפקת חום בתוך מודול הכוח

מקרה 4 מודול ZTE EDFA

מפרט ודרישות עיצוב תרמי של מודול ZTE

1. נפח קופסת מודול ZTE EDFA: 120 * 100 * 17 מ"מ

2. מהירות הרוח של המערכת 2.5m/s, כיוון הרוח מאונך לכיוון המחבר; החלק העליון של שאיבת האוויר, החלק התחתון של מס'

אספקת אוויר.

מספר משאבת EDFA: 2; צריכת חשמל: 6W8W

4. טמפרטורת הסביבה: טמפרטורה מקסימלית של 65 מעלות

5. מודול EDFA משני הצדדים עם לוחות צד

סכימה של מודול מודול ZTE

1. מודול EDFA פיזור חום סנפירים גובה של 4 מ"מ, מהירות רוח של 2.5 מטר / שניות, למודול יש לוח צד משני הצדדים

עובי מודול 2.EDFA הוא 17 מ"מ, ללא סנפירי קירור, מהירות הרוח היא 2.5 מטר לשנייה, לשני הצדדים יש לוחות צד.

3.גובה סנפירי פיזור החום של מודול ה-EDFA הוא 4 מ"מ, מהירות הרוח היא 2.5 מטר/שניה, ואין לוחות צד משני צידי המודול.

נתוני הדמיה תרמית