أشيع اختصار في التحليل الحراري هو إخراج الجسم الصلب من النموذج وتطبيق معامل انتقال حرارة (h) عند الجدار. وهو سريع، وصحيح أحياناً. لكن المشكلة أن h في معظم الحالات هو النتيجة. وتقديمه مُدخَلاً يعني افتراض الجواب سلفاً [1] [2].
متى يجوز ترك الجسم الصلب
- حين تكون المقاومة الحرارية للصلب مهملة أمام جانب المائع (جدار معدني رقيق، وحمل قسري على أحد الجانبين)
- حين يأتي h من علاقة موثوقة أو من قياس، وتكون الهندسة من العائلة التي اشتُقت لها تلك العلاقة
- حين تكون الكمية المطلوبة في جانب المائع وتكون حرارة الصلب مجرد شرط حدّي
متى يجب حلّ الجسم الصلب
حين يحكم التوصيل داخل الصلب. الجدران السميكة، والمواد ضعيفة التوصيل، ومصادر الحرارة المدفونة. فهنا ينبع توزيع الحرارة من هندسة الصلب نفسه.
حين تنتشر الحرارة جانبياً. على لوحة إلكترونية أو زعنفة مشتت، تنتشر الحرارة جانبياً من تحت المصدر. ونموذج المقاومة أحادي البعد لا يرى ذلك فيبالغ في تقدير النقطة الساخنة.
حين يتغير h بشدة مع الموضع. النفثات المرتطمة، ومناطق الانفصال، ونقاط إعادة الالتصاق. فتطبيق قيمة h متوسطة واحدة يمحو هذا التغير بالذات.
حين تهم مقاومات التماس. فمقاومة التماس الحرارية بين الأسطح هي الحد الحاكم في كثير من التجميعات.
المقاييس الزمنية غير متوافقة
يبلغ المائع توازنه في ثوانٍ؛ أما الصلب فيحتاج دقائق أو ساعات. وفي حل مقترن عابر، يكون حلّ المائع كاملاً في كل خطوة مكلفاً بلا داعٍ. وحيث يسود القصور الحراري للصلب، يمكن تحديث جانب المائع على فترات أبعد وتوسيع مقياس الحل تبعاً لذلك.
ما يجب أن يرد في التقرير
أي المناطق حُلّت بوصفها أجساماً صلبة، وموصّليات المواد، ومقاومات التماس إن وُجدت، ومن أين جاءت هذه الأرقام. فبيانات المواد هي أكبر مصدر لعدم اليقين في معظم التحليلات الحرارية؛ وقيمة موصّلية بلا مصدر مذكور تجعل النتيجة غير قابلة للمناقشة.
المراجع
- Ferziger, J. H., Perić, M. & Street, R. L. (2020). Computational Methods for Fluid Dynamics, 4th ed. Springer. DOI: 10.1007/978-3-319-99693-6
- JEDEC Solid State Technology Association. JESD51 — Methodology for the Thermal Measurement of Component Packages (Single Semiconductor Device).