Diseño y simulación de sistema de control térmico para micro satélite náutico.
Simulación térmica y optimización de una estación base móvil 3G.
Análisis térmico de la fuente de alimentación de comunicación exterior.
Análisis térmico del módulo ZTE EDFA.
Caso 1 cierto tipo de micro Diseño de sistema de control térmico de satélites náuticos.
Satélite micronáutico: satélite de masa inferior a 10kg y con funciones de uso práctico. El Tiangong-2, que se lanzará el 15-20 de septiembre, llevará un satélite compañero que es un satélite micronáutico.
El satélite se compone principalmente de un compartimento de carga, una caja de módulos, una placa de vela de células solares, etc. El compartimento de carga contiene una combinación microinercial, un paquete de baterías, una caja de almacenamiento, una cámara y otros componentes, que tienen la función de transmitir imágenes e información al suelo. El satélite opera en un entorno espacial de alto vacío y la transferencia de calor se realiza principalmente por conducción y radiación.
El propósito del diseño de control térmico del satélite es proporcionar la temperatura ambiente requerida para el funcionamiento normal de la carga útil del satélite y de los instrumentos y equipos de la plataforma del satélite de cada subsistema a través de métodos de diseño térmico y medios de control térmico razonables, y al mismo tiempo garantizar que Todo el equipo en la superficie del satélite funciona en el rango de temperatura requerido.
Siga los principios: el uso de tecnología madura de control térmico y procesos de implementación, siga las normas y estándares de control térmico y esfuércese por ser simple y confiable; Todo el diseño térmico en estrella en línea con el modo de control térmico pasivo es el principal, en el modo de control térmico pasivo no se pueden cumplir los requisitos, y luego se consideran los medios de control térmico activo de compensación de calefacción eléctrica y se esfuerzan por lograr el mejor acoplamiento térmico. mecanismo; Equipo general estrella junto con el diseño del rango de temperatura del margen de ± 10 grados.
Medidas de control térmico :
Teniendo en cuenta la estructura del satélite, los requisitos de temperatura y el entorno espacial en el que se encuentra, se toman las siguientes medidas de control térmico.
A excepción del sistema de propulsión, la superficie exterior de otras cargas útiles está ennegrecida y la negrura de la superficie ε Mayor o igual a 0.8;
ε Mayor o igual a 0.5 en las superficies internas del módulo y del cuerpo de carga útil;
Las placas de circuito en la caja del módulo están rellenas con material conductor de calor o grasa conductora de calor entre las placas de circuito y sus superficies de montaje;
Las superficies externas de magnetómetros, antenas GPS, etc. ubicadas fuera de la estrella están pintadas con pintura orgánica gris o pintura orgánica negra a/ε{{0}}.85/0.8;
El software IDEAS TMG establece el modelo general de elementos finitos del satélite y el módulo de elementos finitos del módulo de carga útil de la siguiente manera
El fondo del espacio es un espacio negro frío de 4K y se ingresan los parámetros de órbita y actitud (órbita circular sincrónica con el sol, la altitud se toma como 550 km, la inclinación se toma como 95 grados, la hora local del nodo descendente se toma como 11:{{ 5}}, etc.), y la actitud estabilizada de tres ejes se toma con el eje +Z apuntando al centro de la Tierra y el eje +X apuntando a la dirección de vuelo.
La temperatura de cada parte del satélite en estado estacionario se muestra en la siguiente tabla
Las siguientes figuras muestran la distribución de temperatura de todo el satélite, el módulo de carga útil, el panel de vela de células solares, la placa superior y el magnetómetro y la antena GPS, respectivamente. Nube de distribución de temperatura.
Los resultados de la simulación muestran que el esquema de diseño térmico adoptado cumple con los requisitos planteados por el satélite en general, con la temperatura de los instrumentos y equipos generales en la cabina oscilando entre 10 grados y +45 grados, y la temperatura de los instrumentos y equipos fuera de la cabina, desde -80 grados hasta +80 grados.
Caso 2 Simulación térmica y optimización de una estación base móvil 3G
1,modelo real
La estación base móvil utiliza un gabinete estándar de 19-pulgadas con un total de 20 posiciones de placa de inserción de PCB.
a,Opción 1 (programa de extracción superior)
La estructura esquemática de este programa se muestra en la figura de la derecha. La altura total del gabinete es de 10U. Entre ellos, la altura del área de inserción de la placa es 7U, la altura de la entrada de aire inferior es 1U y la altura de la salida de aire superior es 2U. Se utilizan dos ventiladores centrífugos de la marca EBM, que se colocan en la parte superior del armario.
b, Opción dos (programa de soplado de fondo)
La estructura esquemática de este programa se muestra en la figura de la derecha. La altura total del gabinete es 10 U. La altura de la entrada de aire inferior es 2 U y la altura de la salida de aire superior es 1 U. Se utilizan seis ventiladores axiales de EBM que se colocan en la parte inferior del gabinete.
c,Opción tres (programa de extracción de aire superior con ventilador axial)
La estructura esquemática de este programa se muestra en la figura de la derecha. La altura de la salida de aire superior es de 2U y la altura de la entrada de aire inferior es de 1U. Otras dimensiones son las mismas que las del Esquema II, que adopta seis ventiladores axiales de EBM y los coloca en la parte superior del gabinete.
Resultados de la simulación
a, Resultados del análisis numérico para el Escenario 1
I
b,Resultados del análisis numérico del Escenario2
c,Resultados del análisis numérico del Escenario3
Conclusión de la simulación.
Opción2 tiene el mejor efecto refrescante
Aunque el programa tres utiliza el mismo número y tipo de ventiladores axiales que el programa dos, pero debido a que se colocan en la parte superior del chasis, la salida de aire y el eje del ventilador son perpendiculares entre sí, aumentando así la resistencia al viento del sistema. , y los ventiladores axiales se caracterizan por un gran volumen de aire, la presión del viento es pequeña, por lo que el efecto de enfriamiento del programa tres es mucho menor que el del programa dos.
La opción 1 utiliza dos ventiladores centrífugos, su volumen total de aire es mucho menor que el de seis ventiladores axiales; y debido a la irregularidad de la distribución del ventilador, la colocación de la ubicación del tablero de enchufes en la distribución de temperatura del tablero de enchufes tiene un mayor impacto en el efecto total de disipación de calor también es peor que el programa dos.
Presta atención a la ubicación del tablero.
Bajo diferentes soluciones de enfriamiento, la distribución de temperatura de la placa PCB en cada posición de la placa es diferente. Cuando haya espacio adicional en la placa, debe prestar atención para priorizar la ubicación de la placa PCB con temperatura más baja.
Caso 3 Análisis térmico de la fuente de alimentación de comunicación exterior.
Análisis de requisitos:
Un módulo de conversión AC/DC. Producto Dimensiones totales de 320 mm de largo, 70 mm de ancho y 255 mm de alto.
Estructura totalmente cerrada, el grado requerido de resistencia al agua y al polvo es IP55 reforzado, es decir, las condiciones de prueba de impermeabilidad del producto son la temperatura del agua es de 10 grados y el producto a una temperatura ambiente de 60 grados en las condiciones de operación a la Equilibrio térmico de la prueba de impermeabilidad.
El principal entorno de aplicación del producto es el bastidor transmisor exterior, el método de disipación de calor es la convección natural y al mismo tiempo hay radiación solar, el producto es una estructura completamente cerrada, el calor generado por los componentes se produce principalmente a través de la conducción hacia el Carcasa de metal y luego a través de la convección natural para disipar el calor.
La placa de circuito principal está montada en el disipador de calor como se muestra a continuación. La placa de circuito principal está montada en la cubierta del disipador de calor, la placa de circuito y la cubierta del disipador de calor están llenas de pegamento para macetas térmicamente conductor como medio térmico para la disipación del calor, los dispositivos de energía generadores de calor están fijados a los bordes de la cubierta del disipador de calor. con tiras de compresión, y se utiliza un material aislante térmicamente conductor como medio conductor térmico entre los componentes y la cubierta del disipador de calor.
El montaje en la carcasa del disipador de calor de la placa EMI se muestra en la figura siguiente y el método de montaje es similar al de la placa de circuito principal.
La estructura general del módulo de fuente de alimentación, con la cubierta del disipador de calor montada herméticamente y sellada de forma hermética con una tira de goma en el centro.
El modelo térmico creado después de la simplificación mediante el software Flotherm es el siguiente.
Para la simulación de disipación de calor del módulo de fuente de alimentación, el modelo de simulación realiza las siguientes suposiciones sin afectar los resultados de la solución:
La transferencia de calor dentro del módulo de potencia está dominada por la conducción, y la convección y la radiación ocupan una proporción muy pequeña, por lo que la transferencia de calor interna solo considera la disipación de calor por conducción e ignora la convección y la radiación.
La transferencia de calor entre el módulo de potencia y el ambiente externo está dominada por la convección natural y también hay disipación de calor por radiación, por lo que es necesario considerar la convección natural y la disipación de calor por radiación.
La radiación solar se utiliza como fuente de calor externa.
El elemento interno generador de calor actúa como una fuente de calor constante y la cantidad de calor generado no cambia con la temperatura.
La conductividad térmica de los componentes dentro del sistema de disipador de calor es isotrópica y no varía ni cambia con la temperatura.
El aire dentro del dominio de la solución es un gas ideal y se desprecian los efectos de la masa y la fuerza.
Los límites y parámetros principales del módulo de potencia son los siguientes:
Parámetros ambientales La temperatura ambiente es de 55 grados, se supone que la altitud es el nivel del mar, las propiedades del aire se definen como fluido de 55 grados, disipación de calor por convección natural, velocidad del fluido es inferior a 1,0m/s, equipo de instalación en exteriores con radiación solar. .
Dimensiones del módulo de potencia Las dimensiones externas del producto son 320 mm de largo, 70 mm de ancho y 255 mm de alto.
Definición del dominio de la solución Dirección de gravedad negativa 510 mm, dirección de gravedad 255 mm, dirección horizontal x 320 mm, dirección horizontal y 70 mm.
El consumo de energíaParámetros de los componentes principales del consumo de energía por posición del componente, distribución del consumo de energía, establezca las características de disipación de calor radiante del componente, componentes del consumo de energía de la siguiente tabla, la distribución de posiciones se muestra en la figura de la derecha.
Parámetros de materiales El material de la carcasa es aleación de aluminio, la placa PCB es FR-4 y los materiales de conductividad térmica son Gap-Pad VO Soft, adhesivo termoconductor de encapsulado LORD 309 y Sil-Pad 900S. La conductividad térmica de los materiales se muestra en la siguiente tabla.
Modelo de simulación mallado
Curva de convergencia (matemáticas)
Perfil de temperatura
Resultados de la simulación
Distribución del campo de temperatura del módulo de alimentación
Distribución del campo de temperatura de los dispositivos generadores de calor dentro del módulo de potencia.
Caso 4 Módulo ZTE EDFA
Especificaciones y requisitos de diseño térmico del módulo ZTE
1. Volumen de la caja del módulo ZTE EDFA: 120 * 100 * 17 mm
2. Velocidad del viento del sistema 2,5 m/s, la dirección del viento es perpendicular a la dirección del conector; la parte superior de la extracción de aire, la parte inferior de no
Suministro de aire.
Número de bomba EDFA: 2; consumo de energía: 6W8W
4. Temperatura ambiente: temperatura máxima de 65 grados.
5. Módulo EDFA en ambos lados con paneles laterales
Esquema de dimensiones del módulo ZTE
1. Aletas de disipación de calor del módulo EDFA, altura de 4 mm, velocidad del viento de 2,5 m/s, el módulo tiene una placa lateral en ambos lados
2.El espesor del módulo EDFA es de 17 mm, sin aletas de enfriamiento, la velocidad del viento es de 2,5 m/s, ambos lados tienen paneles laterales.
3.La altura de las aletas de disipación de calor del módulo EDFA es de 4 mm, la velocidad del viento es de 2,5 m/s y no hay paneles laterales en ambos lados del módulo..
datos de simulación térmica
