CONDUÇÃO DE CALOR NUM

TRANSISTOR

• Transistor montado numa peça de cobre que, por sua vez, está conectada a um dissipador de alumínio

• O transistor gera calor e o dissipa através das peças a que está conectado

• O conjunto também recebe calor de outros equipamentos montados ao seu redor

• O cooler que resfria o dissipador parou de funcionar e o equipamento trabalha somente à convecção natural

PROBLEMA

• O fluxo de calor vindo de outros equipamentos por radiação é considerado conhecido e igual a 2400 W/m²

• O dissipador perde calor por convecção natural com h = h(T) e T∞ = 60 C

• O transistor dissipa 20 W de potência

– 10 W no modelo simétrico

PROBLEMA

10 W

• Desenhar a geometria ou importar o arquivo transistor.agdb

GEOMETRIA

w = 0,025 m Unidades em metros

• Para gerar malha, as opções que podem ser usadas são

– Physics Preference = CFD

– Solver Preference = CFX

– Relevance Center = Fine

– Opcional: criar Named Selections para os 3 sólidos de acordo com o nome da peça

MALHA

HeatSink

Isolator

Transitor

• Abrir a malha no CFX

CFX

• Criar os materiais para cada peça usando as seguintes propriedades:

ANSYS CFX – MATERIAIS

Body Material Density [kg/m³]

Thermal Conductivity

[W/m.K]

Specific Heat [J/kg.K]

Transistor Metal 3500 Tabela 1 500

Isolator Copper 8900 393 385

Heat Sink Aluminium 2700 156 963

T [C] k [W/m.K]

0 55,0

50 53,0

100 52,0

150 47,5

200 42,0

250 41,0

300 41,0

Tabela 1

40,0

42,0

44,0

46,0

48,0

50,0

52,0

54,0

56,0

58,0

60,0

0 50 100 150 200 250 300

• Criar um domínio sólido para cada peça

ANSYS CFX – DOMÍNIOS

• Criar um domínio sólido para cada peça

ANSYS CFX – DOMÍNIOS

• Criar um domínio sólido para cada peça

ANSYS CFX – DOMÍNIOS

• Criar as condições de contorno de simetria de cada domínio

ANSYS CFX – CONDIÇÕES DE CONTORNO

• Criar as condições de fluxo prescrito (2400 W/m²) nas superfícies superiores do Transistor e Isolator

ANSYS CFX – CONDIÇÕES DE CONTORNO

• Criar a condição de convecção prescrita para as paredes restantes do Heat Sink

– Essa condição de contorno usa um coeficiente de transferência de calor variável dado pela tabela abaixo

– Outside Temperature = 60 [C]

ANSYS CFX – CONDIÇÕES DE CONTORNO

T [C] h [W/m².K]

17 25,0

50 19,0

67 17,5

83 17,0

100 17,0

133 15,5

150 14,5

183 11,5

200 7,0

300 5,0

• Criar a condição de convecção prescrita para as paredes restantes do Heat Sink

ANSYS CFX – CONDIÇÕES DE CONTORNO

• Cria a fonte de calor de 20 W (10 W) no caso com simetria para o Transistor

– Para fonte de calor, criar um subdomínio no domínio de interesse (Insert > Subdomain) e inserir o valor para a equação da energia na aba Sources

ANSYS CFX – GERAÇÃO DE CALOR

• Criar um monitor point para a temperatura média de cada um dos domínio

• Reduzir o critério de parada do solver para 1E-6

• Usar passo de tempo automático

• Executar a simulação em precisão dupla

ANSYS CFX – SOLVER E OUTPUT

• Analisar os campos de temperatura nas peças

• Detectar ponto de temperatura máxima

• Checar o balanço de calor

Qgerado + Qin + Qout = 0

ANSYS CFX – PÓS-PROCESSAMENTO

• Checar a independência da malha

• Avaliar a influência de T∞ na temperatura final

• Usar resistências de contato entre as peças

EXTRA (OPCIONAL)