Уроки Autodesk CFD и Fusion 360: тепловой расчёт акустической системы
Эта статья расскажет о том, как провести в Autodesk CFD тепловой расчёт акустической системы, с помощью которого проектировщики проверяют возможный перегрев электронных элементов и то, насколько хорошо они охлаждаются.
Расчёт подобной модели может быть затруднен большим количеством мелких элементов. Для упрощения задачи следует заострить внимание только на интересующих областях объекта, например, плате, на которой расположены радиатор, микросхемы и другие компоненты.
Наибольший интерес вызывает управляющая микросхема, которая расположена под радиатором. Для правильной работы микросхемы необходимо рассчитать её максимальную температуру и эффективность охлаждающего радиатора.
Разрабатывая конструкцию, следует включить Autodesk CFD в процесс проектирования как можно раньше, чтобы найти идеальный баланс между функциональностью и надёжностью. Не стоит фокусироваться только на дизайне, так как можно упустить другие важные особенности. Процесс проектирования может дойти до стадии, когда внесение изменений обойдется очень дорого.
1. Подготовка к расчёту
Каждый элемент платы имеет сложную геометрическую форму и дополнительные крепежи. Перед началом расчёта нужно упростить элементы платы. Fusion 360 содержит инструмент Replace With Primitives для упрощения геометрии, который поможет подготовить модель. Упростить геометрию также можно с помощью Autodesk Inventor, но Fusion 360 сделает это быстрее и проще.
Постепенно избавьтесь от всех элементов геометрии, которые не влияют на расчёт.
Далее убираются небольшие отверстия по краям платы – инструмент Remove Features.
2. Запуск AutodeskCFD
После упрощения модели запускается Autodesk CFD, который уже интегрирован во Fusion 360. Для запуска перейдите на вкладку «Инструменты / TOOLS» и нажмите соответствующую кнопку. В появившемся окне указывается имя файла и место его расположения.
3. Настройка расчёта
Особенностью расчёта в Autodesk CFD является то, что для всех типов анализа последовательность действий по настройке одна и та же.
- Назначение типов материала
Выбор материала осуществляется с помощью одноимённого инструмента Materials. Выберите один из элементов, правой кнопкой мыши вызовите меню, в котором нажмите на команду Edit. Далее появляется диалоговое окно материалов, в котором назначаются характеристики элементов
Для платы имеется специальное наименование PCB, как представлено на скриншоте.
Для пользователей, которые часто проводят расчёты однотипных изделий, можно создать единое правило по назначению материалов. На вкладке Setup найдите кнопку Rules, она вызовет диалоговое окно Rule Manager, в нём выставляются нужные настройки.
- Граничные условия
После назначения всех материалов настраиваются условия естественного охлаждения. Инструмент настройки граничных условий Boundary Conditions находится на вкладке Setup Tasks.
Для граничных условий задаётся нормальное атмосферное давление, плёночный коэффициент 2, температура окружающего воздуха 25о С, тепловыделение процессора 0,25Вт.
4. Расчёт
Расчёт запускается инструментом Solve на вкладке Simulation. В диалоговом окне решателя выбираются дополнительные параметры: место вычислительного процесса (компьютер, облако, сервер), число расчётных итераций, размер конечных элементов.
5. Анализ результатов расчёта
Анализ результатов осуществляется с помощью инструментов, расположенных на панели Results Tasks.
Чтобы понять, что происходит внутри микросхемы, воспользуйтесь секущей плоскостью – инструмент Planes. Секущие плоскости позволяют отобразить разные характеристики. На скриншоте представлена визуализация скорости воздуха. Можно внимательно рассмотреть движение, температуру и завихрения воздуха. Пользователь самостоятельно выбирает характеристику для визуализации.