Инженерный анализ систем кондиционирования и охлаждения электроники в CADFlo

Современные системы кондиционирования воздуха и охлаждения предъявляют высокие требования к точности проектирования, особенно когда речь идёт о жилых и производственных помещениях, а также о центрах обработки данных (ЦОД), где перегрев оборудования может привести к серьёзным сбоям. Традиционные инженерные методы не всегда позволяют в полной мере учесть сложную аэродинамику, тепловые взаимодействия и влияние множества факторов одновременно. Для решения этих задач применяются средства компьютерного инженерного анализа (CAE). Одним из таких инструментов является российский программный комплекс CADFlo. Это междисциплинарная платформа для моделирования гидрогазодинамики, теплообмена, прочности и электромагнетизма.

В этой статье мы не разбираем пошаговую методику расчёта. Вместо этого разберём, какие инженерные задачи решают два специализированных модуля CADFlo: HVAC для систем кондиционирования и вентиляции помещений и EC для охлаждения электроники и ЦОД. А также покажем, почему этот анализ можно выполнять не в отдельной CAE-программе, а прямо в привычной CAD-среде, где инженер-конструктор уже работает над геометрией изделия.

Основная информация

CADFlo разработан компанией ООО «КАДФло» и представляет собой CAD-интегрированный CAE-комплекс, позволяющий инженеру-конструктору выполнять тепловой и гидрогазодинамический анализ непосредственно в среде проектирования, без экспорта геометрии во внешние программы. Продукт интегрируется с основными отечественными и зарубежными CAD-системами, поддерживает расчёты в 2D и 3D постановке, стационарные и нестационарные процессы, а также ламинарные, турбулентные и переходные режимы течения.

Дополнительные возможности CADFlo

Кроме интеграции с CAD, у комплекса есть ещё несколько особенностей, важных для качества и скорости расчёта.

•  По данным разработчика, на верифицированных задачах отклонение расчётных температур от экспериментальных данных не превышает 1-2 °C.
•  В комплект входят готовые базы данных: строительные материалы и покрытия, вентиляторы с расходно-напорными характеристиками, а также свойства материалов и сред.
•  Сопряжённый теплообмен считается как единая задача: движение и теплопроводность в жидкости или газе, теплопроводность в стенках конструкции и лучистый теплообмен рассчитываются совместно, без ручной стыковки нескольких расчётов.
•  Поддерживается моделирование фазовых переходов для сред и материалов, меняющих агрегатное состояние в ходе теплообмена.
•  Параметры теплового комфорта (MRT, рабочая температура, PMV, PPD, CRE и другие) рассчитываются по российским и международным нормам.

Моделирование систем отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВиК)

Для задач кондиционирования помещений в CADFlo предусмотрен специализированный модуль CADFlo HVAC. Он позволяет анализировать воздушные потоки, теплопередачу, распространение примесей и эффективность климатических систем в различных средах: в помещениях, производственных зонах, автомобилях и самолётах. Модуль рассчитывает распределение температуры и влажности, моделирует движение аэрозолей, газов и загрязняющих веществ, а также поддерживает радиационный теплообмен с учётом влияния солнечного излучения на температурный режим внутри помещений.

Важной особенностью модуля является расчёт ключевых параметров теплового комфорта по российским и международным нормам: средней радиационной температуры (MRT), рабочей температуры, индекса комфортности по Фангеру (PMV), прогнозируемого процента недовольных (PPD), интенсивности сквозняка, эффективности удаления загрязняющих веществ (CRE) и других. Модуль также содержит встроенную базу данных строительных материалов, покрытий и вентиляторов с расходно-напорными характеристиками.

Моделирование охлаждения электроники и ЦОД

Для задач охлаждения электронного оборудования и центров обработки данных в CADFlo предусмотрен модуль CADFlo EC (Electronics Cooling). Он предназначен для расчёта температурных режимов печатных плат, полупроводниковых приборов, силовой электроники, серверов и осветительных систем. Модуль позволяет моделировать распределение тепла в электронных компонентах, учитывать джоулев нагрев в проводниках и электронных схемах, выполнять анализ теплопередачи в многослойных печатных платах с учётом металлических трасс.

Модуль поддерживает моделирование естественной и принудительной конвекции, а также расчёт работы радиаторов, вентиляторов и тепловых труб. В состав модуля входит расширенная база данных вентиляторов с характеристиками расхода от перепада давления.

CADFlo также поддерживает решение задач с сопряжённым теплообменом как единой задачи: движение и теплопроводность в подобластях с жидкостью или газом с естественной и вынужденной конвекцией, теплопроводность в стенках конструкции с учётом лучистого теплообмена. Встроенная библиотека свойств материалов и сред, а также возможность моделирования фазовых переходов делают комплекс эффективным инструментом для расчёта сложных теплообменных систем.

❮❯

×❮❯

Заключение

HVAC и EC закрывают разные инженерные задачи, но работают по одному принципу: инженеру не нужно быть специалистом по гидрогазодинамике или заказывать расчёт у смежного отдела, потому что CADFlo встроен в CAD и берёт вычислительную сложность на себя.

Попробуйте оценить тепловой режим своего следующего проекта в CADFlo и убедитесь, что расчёт, который раньше требовал отдельного CAE-специалиста, теперь занимает несколько кликов в привычной среде проектирования.