Оптимизация устройства радиатора с помощью приложения для моделирования

Caty Fairclough 04/06/2015
Share this on Facebook Share this on Twitter Share this on Google+ Share this on LinkedIn

Радиатор — это компонент, осуществляющий охлаждение какого-либо тела путем рассеивания тепла. Радиаторы могут работать пасивно или в составе активных систем охлаждения — например, в сочетании с вентиляторами. Для оптимизации устройства радиатора вы можете воспользоваться средствами моделирования. Но что если бы вы могли упростить задачу проектирования, встроив вашу модель в приложение? Это возможно, что мы и продемонстрируем на примере демонстрационного приложения Heat Sink with Fins (Радиатор с охлаждающими ребрами).

Задача разработки

Представьте, что вы работаете в компании, которая производит радиаторы. Чтобы быстро оценить эффективность охлаждения, которую обеспечивает радиатор, вы можете воспользоваться известными формулами, учитывающими свойства геометрии и потока. Однако такие формулы подходят только для простых геометрических конфигураций, например, для плоских поверхностей, цилиндров и сфер. Вы всегда можете воспользоваться такой формулой, чтобы получить оценку тепловых характеристик конкретного устройства, однако полученные результаты будут очень приблизительными. Моделирование позволит получить более точную оценку.

Вас, специалиста по моделированию, вызвали для тестирования радиаторов различных конструкций. После каждого изменения устройства вы запускаете моделирование заново и сравниваете полученные результаты. Такой подход может замедлить производственный процесс. Но у вас есть и другой вариант — воспользоваться Средой разработки приложений, передовым решением для преобразования ваших моделей в приложения и для предоставления другим возможности постоянно использовать ваши модели, самостоятельно внося небольшие изменения в параметры.

Разрабатывая приложение, вы создаете точную с научной точки зрения среду моделирования, с помощью которой ваши коллеги, не обладающие навыками моделирования, смогут самостоятельно анализировать работу различных вариантов устройства. Вы выбираете, значения каких параметров могут менять пользователи приложения и какие данные они получат. Демонстрационное приложение, которое мы сегодня рассмотрим, также поддерживает отправку отчета о результатах моделирования пользователю по электронной почте. Скоро мы к этому вернемся.

 

ПО COMSOL Multiphysics позволяет творчески подходить к разным аспектам приложения. Вы можете изменить любую деталь, влияющую на внешний вид приложения — от фоновых изображений до макета в целом.

Возможности самостоятельной реализации некоторых интересных функций приложений мы рассмотрим на примере демонстрационного приложения Heat Sink with Fins (Радиатор с охлаждающими ребрами).

Совершенствование процесса разработки радиатора с помощью приложения для моделирования

Самый важный фактор, который требуется учитывать при разработке радиатора, — его способность рассеивать тепло при заданных условиях, включая свойства потока, геометрические особенности и иные характеристики. В ходе одного из стандартных тестов радиатор помещается в прямоугольный канал, стенки которого покрыты изолирующим слоем. Затем на входе канала и на выходе из него измеряются давление и температура. Кроме того, измеряется мощность, необходимая для того, чтобы основание радиатора поддерживало определенную температуру. Результатами теста являются следующие показатели: количество тепла, которое рассеивает радиатор, и потеря давления между входом и выходом канала.

В демонстрационном приложении с помощью моделирования проводится сравнительное тестирование радиаторов. Пользовательский интерфейс приложения более удобен, чем стандартные среды моделирования. Упрощенный интерфейс помогает пользователям приложения отслеживать влияние компонентов разработки на функциональность радиатора. Например, если пользователь добавит к устройству несколько ребер, то он сможет заметить, что количество рассеянного тепла повысится. Но если намного увеличить количество ребер, то результаты покажут, что ребра препятствуют потоку в канале и приводят к значительной потере давления без существенного повышения охлаждающей способности. Иными словами, такая конструкция радиатора неудачна. Отслеживание результатов, к которым приводит внесение этих небольших изменений, поможет пользователям приложения определить оптимальное количество ребер с учетом требований.

Используемая модель

Возможно, вы уже встречали модель радиатора из нашего демонстрационного приложения в других учебных материалах. Радиатор изготовлен из алюминия. В модели он помещен в заполненный воздухом канал с входным и выходным отверстиями на противоположных сторонах. Параметризованная геометрия модели показана на рисунках ниже:

Heat Sink with Fins geometry Оптимизация устройства радиатора с помощью приложения для моделирования
Геометрия модели радиатора, используемой в демонстрационном приложении.

Уравнения и граничные условия, необходимые для решения модели, обрабатываются приложением для моделирования в фоновом режиме. Пользователь приложения может изменять параметры модели, совершенно не заботясь о базовых уравнениях. Поэтому задачи моделирования можно будет поручить даже неспециалистам.

Какие параметры должно поддерживать приложение для моделирования

При преобразовании приложения в модель нам нужно максимально облегчить для пользователя без специального опыта задачу проверки различных конструкций и условий, эксплуатации согласно сценарию. С помощью Среды разработки приложений вы можете полностью управлять пользовательским интерфейсом вашего приложения. В демонстрационном приложении, которое мы рассматриваем в этой публикации, пользователь может изменять следующие параметры устройства:

  • Геометрия:
    • Длина, ширина и толщина основания радиатора
    • Количество охлаждающих ребер
    • Высота и толщина ребра
  • Условия эксплуатации:
    • Скорость и температура воздуха на входном отверстии
    • Температура источника тепла

Мы запрограммировали демонстрационное приложение так, чтобы оно обновляло геометрию на основании введенных пользователем данных и отображало новую версию модели. Поля скорости и температуры отображаются в Графическом окне справа, результаты расчетов рассеиваемой мощности и потери давления выводятся в численном виде в разделе Results (Результаты) в левой части окна приложения. Кроме того, пользователь может скачать отчет о результатах моделирования или настроить приложение для автоматической отправки результатов на электронную почту после завершения расчетов.

UI of heat sink with fins simulation app Оптимизация устройства радиатора с помощью приложения для моделирования
Снимок окна демонстрационного приложения Heat Sink with Fins (Радиатор с охлаждающими ребрами).

Пользователю достаточно просто модифицировать входные данные, чтобы в наглядном виде получить информацию о том, как изменение количества ребер влияет на рассеиваемую мощность и на потерю давления. Даже не обладая опытом моделирования, пользователь приложения может совершенствовать устройство радиатора.


heat sink app showing change in number of fins small Оптимизация устройства радиатора с помощью приложения для моделирования

Влияние количества ребер на рассеиваемую мощность и потерю давления.

В этом случае добавление ребер позволило улучшить охлаждающую способность радиатора. Сотрудник, проектирующий радиатор, будет рад узнать, что его изделие обладает достаточной охлаждающей способностью. Однако добавление ребер ведет к большей потере давления. В поисках оптимальной конструкции пользователь приложения может с легкостью проанализировать множество конфигураций радиатора.

Разрабатывая пользовательский интерфейс демонстрационного приложения, мы стремились обеспечить максимальную простоту. Если вы хотите понять, как именно работает приложение, скачайте и изучите файл приложения для моделирования радиатора.

Пользуйтесь плодами революции в средствах моделирования

Среда разработки приложений открывает перед вами неограниченные возможности создания приложений. Мы хотели бы, чтобы наше демонстрационное приложение помогло вам создавать приложения для решения ваших задач и задач вашей компании. Поделиться своим идеальным приложением с коллегами (или клиентами, сотрудниками, студентами) вы можете с помощью решения COMSOL Server.

Что дальше?


Loading Comments...

Categories


Tags