transistor naolinear
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transistor NanolinealTRANSCRIPT
CONDUÇÃO DE CALOR NUM
TRANSISTOR
• Transistor montado numa peça de cobre que, por sua vez, está conectada a um dissipador de alumínio
• O transistor gera calor e o dissipa através das peças a que está conectado
• O conjunto também recebe calor de outros equipamentos montados ao seu redor
• O cooler que resfria o dissipador parou de funcionar e o equipamento trabalha somente à convecção natural
PROBLEMA
• O fluxo de calor vindo de outros equipamentos por radiação é considerado conhecido e igual a 2400 W/m²
• O dissipador perde calor por convecção natural com h = h(T) e T∞ = 60 C
• O transistor dissipa 20 W de potência
– 10 W no modelo simétrico
PROBLEMA
10 W
• Desenhar a geometria ou importar o arquivo transistor.agdb
GEOMETRIA
w = 0,025 m Unidades em metros
• Para gerar malha, as opções que podem ser usadas são
– Physics Preference = CFD
– Solver Preference = CFX
– Relevance Center = Fine
– Opcional: criar Named Selections para os 3 sólidos de acordo com o nome da peça
MALHA
HeatSink
Isolator
Transitor
• Abrir a malha no CFX
CFX
• Criar os materiais para cada peça usando as seguintes propriedades:
ANSYS CFX – MATERIAIS
Body Material Density [kg/m³]
Thermal Conductivity
[W/m.K]
Specific Heat [J/kg.K]
Transistor Metal 3500 Tabela 1 500
Isolator Copper 8900 393 385
Heat Sink Aluminium 2700 156 963
T [C] k [W/m.K]
0 55,0
50 53,0
100 52,0
150 47,5
200 42,0
250 41,0
300 41,0
Tabela 1
40,0
42,0
44,0
46,0
48,0
50,0
52,0
54,0
56,0
58,0
60,0
0 50 100 150 200 250 300
• Criar um domínio sólido para cada peça
ANSYS CFX – DOMÍNIOS
• Criar um domínio sólido para cada peça
ANSYS CFX – DOMÍNIOS
• Criar um domínio sólido para cada peça
ANSYS CFX – DOMÍNIOS
• Criar as condições de contorno de simetria de cada domínio
ANSYS CFX – CONDIÇÕES DE CONTORNO
• Criar as condições de fluxo prescrito (2400 W/m²) nas superfícies superiores do Transistor e Isolator
ANSYS CFX – CONDIÇÕES DE CONTORNO
• Criar a condição de convecção prescrita para as paredes restantes do Heat Sink
– Essa condição de contorno usa um coeficiente de transferência de calor variável dado pela tabela abaixo
– Outside Temperature = 60 [C]
ANSYS CFX – CONDIÇÕES DE CONTORNO
T [C] h [W/m².K]
17 25,0
50 19,0
67 17,5
83 17,0
100 17,0
133 15,5
150 14,5
183 11,5
200 7,0
300 5,0
• Criar a condição de convecção prescrita para as paredes restantes do Heat Sink
ANSYS CFX – CONDIÇÕES DE CONTORNO
• Cria a fonte de calor de 20 W (10 W) no caso com simetria para o Transistor
– Para fonte de calor, criar um subdomínio no domínio de interesse (Insert > Subdomain) e inserir o valor para a equação da energia na aba Sources
ANSYS CFX – GERAÇÃO DE CALOR
• Criar um monitor point para a temperatura média de cada um dos domínio
• Reduzir o critério de parada do solver para 1E-6
• Usar passo de tempo automático
• Executar a simulação em precisão dupla
ANSYS CFX – SOLVER E OUTPUT
• Analisar os campos de temperatura nas peças
• Detectar ponto de temperatura máxima
• Checar o balanço de calor
Qgerado + Qin + Qout = 0
ANSYS CFX – PÓS-PROCESSAMENTO
• Checar a independência da malha
• Avaliar a influência de T∞ na temperatura final
• Usar resistências de contato entre as peças
EXTRA (OPCIONAL)