La scorciatoia più comune nell'analisi termica è lasciare il solido fuori dal modello e applicare alla parete un coefficiente di scambio termico (h). È rapido, e a volte è corretto. Il problema è che nella maggior parte dei casi h è il risultato. Fornirlo come dato d'ingresso significa presupporre in partenza la risposta [1] [2].
Quando il solido si può lasciare fuori
- Quando la resistenza termica del solido è trascurabile rispetto al lato fluido (parete metallica sottile, convezione forzata da un lato)
- Quando h proviene da una correlazione affidabile o da misura, e la geometria appartiene alla famiglia per cui quella correlazione è stata ricavata
- Quando la grandezza che cercate sta sul lato fluido e la temperatura del solido è solo una condizione al contorno
Quando il solido va risolto
Quando domina la conduzione nel solido. Pareti spesse, materiale a bassa conducibilità, sorgenti di calore annegate. Qui la distribuzione di temperatura discende dalla geometria del solido stesso.
Quando il calore si diffonde lateralmente. Su una scheda elettronica o sull'aletta di un dissipatore, il calore si diffonde di lato a partire da sotto la sorgente. Un modello di resistenza monodimensionale non lo vede e sovrastima il punto caldo.
Quando h varia molto con la posizione. Getti impattanti, zone di separazione, punti di riattacco. Applicare un singolo h medio cancella proprio quella variazione.
Quando contano le resistenze di contatto. La resistenza termica di contatto fra superfici è in molti assiemi il termine dominante.
Le scale di tempo non coincidono
Il fluido raggiunge l'equilibrio in secondi; il solido impiega minuti o ore. In una soluzione coniugata in transitorio, risolvere il fluido per intero a ogni passo è inutilmente costoso. Dove domina l'inerzia termica del solido, il lato fluido può essere aggiornato meno spesso e la soluzione scalata di conseguenza.
Che cosa va nella relazione
Quali regioni sono state risolte come solide, le conducibilità dei materiali, le eventuali resistenze di contatto e da dove provengono quei numeri. I dati dei materiali sono nella maggior parte delle analisi termiche la principale fonte di incertezza; un valore di conducibilità senza fonte dichiarata rende il risultato impossibile da discutere.
Riferimenti
- 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).