Termal analizde en sık karşılaşılan kısayol, katı bölgeyi modele hiç katmayıp duvara bir ısı taşınım katsayısı (h) vermektir. Hızlıdır ve bazen doğrudur. Sorun şu: h çoğu problemde sonucun kendisidir. Onu girdi olarak vermek, aradığınız cevabı baştan varsaymaktır [1] [2].
Katıyı çözmek gerekmeyen durumlar
- Katının ısıl direnci akışkan tarafındaki dirence göre ihmal edilebilirse (ince metal cidar, tek taraflı zorlanmış taşınım)
- h güvenilir bir korelasyondan ya da ölçümden geliyorsa ve geometri o korelasyonun geçerli olduğu aileye giriyorsa
- Aradığınız büyüklük akışkan tarafındaysa ve katı sıcaklığı yalnızca bir sınır koşuluysa
Katıyı çözmek zorunlu olan durumlar
Katı içinde yayılma belirleyiciyse. Kalın cidar, düşük iletkenlikli malzeme, gömülü ısı kaynağı. Bu durumda sıcaklık dağılımı katının kendi geometrisinden çıkar.
Isı yanal olarak yayılıyorsa. Bir elektronik kartta ya da soğutucu kanatta ısı, kaynağın altından yanlara doğru yayılır. Tek boyutlu bir direnç modeli bunu göremez ve sıcak noktayı olduğundan yüksek tahmin eder.
h yerel olarak çok değişiyorsa. Çarpan jet, ayrılma bölgesi, yeniden yapışma noktası. Tek bir ortalama h vermek, bu değişimi silmek demektir.
Temas dirençleri önemliyse. Yüzeyler arası ısıl temas direnci, çoğu montajda toplam direncin belirleyici kalemidir.
Zaman ölçekleri birbirini tutmaz
Akışkan saniyeler mertebesinde dengeye gelir, katı dakikalar hatta saatler alır. Zamana bağlı bir eşlenik çözümde akışkanı her adımda tam çözmek gereksiz pahalıdır. Katının ısıl ataleti baskınsa akışkan tarafı daha seyrek güncellenerek çözüm ölçeklendirilebilir.
Rapora ne yazılmalı
Hangi bölgelerin katı olarak çözüldüğü, malzeme iletkenlikleri, varsa temas dirençleri ve bunların nereden alındığı. Malzeme verisi çoğu termal analizde en büyük belirsizlik kaynağıdır; kaynağı yazılmayan bir iletkenlik değeri sonucu tartışılamaz hâle getirir.
Kaynaklar
- 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).