طراحی و شبیه سازی حرارتی

با توسعه دستگاه‌ها و دستگاه‌های الکترونیکی به سمت کوچک‌سازی، مصرف برق همچنان در حال افزایش است و تقاضا برای اتلاف حرارت با چگالی شار حرارتی بالا به طور فزاینده‌ای ضروری می‌شود. طراحی حرارتی نیز بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. طراحی حرارتی استفاده از روش های مناسب و قابل اعتماد برای کنترل دمای تمام اجزای الکترونیکی داخل یک محصول است، به طوری که آنها از حداکثر دمای مورد نیاز برای عملکرد پایدار در شرایط محیط کار تجاوز نکنند تا از ایمنی محصول عادی اطمینان حاصل شود. عملیات و قابلیت اطمینان عملیات طولانی مدت. علاوه بر این، کنترل میزان گرمایش در محیط‌های با دمای پایین برای راه‌اندازی تجهیزات نیز یکی از جنبه‌های مهم قابلیت اطمینان حرارتی است. در جامعه مدرن، با تاکید روزافزون بر مصرف انرژی و حفاظت از محیط زیست، طراحی حرارتی به یک زمینه مهم فناوری تبدیل شده است. به طور فزاینده ای در صنایعی مانند ارتباطات، امنیت، رایانه شخصی، خودروسازی، LED و اینورتر ارزش قائل می شود و به یک زمینه ضروری و مهم در تحقیق و توسعه محصول تبدیل شده است.

طراحی حرارتی به فرآیند تعیین توزیع و مسیر انتقال حرارت داخلی یک محصول یا سیستم از طریق تحلیل و شبیه‌سازی حرارتی و بهبود عملکرد حرارتی آن از طریق طراحی بهینه اشاره دارد. با توجه به زمینه های کاربردی مختلف، طراحی حرارتی را می توان به انواع مختلفی از جمله طراحی حرارتی معماری، طراحی حرارتی الکترونیکی و طراحی حرارتی خودرو تقسیم کرد. علاوه بر این، با توجه به اهداف مختلف طراحی، طراحی حرارتی را می توان به جنبه های مختلفی مانند مدیریت حرارتی، انتقال حرارت و راحتی حرارتی نیز تقسیم کرد.

اگر طراحی حرارتی به دقت انجام نشود و اقدامات مربوطه در مرحله طراحی انجام نشود، مشکلات ناشی از گرما ممکن است در مرحله تولید آزمایشی محصول یا حتی در طول تولید انبوه کشف شود. اگرچه مشکل تنها به گرما محدود نمی شود، اما هر چه به مرحله تولید انبوه نزدیکتر می شود، زمان و هزینه بیشتری برای اقدامات متقابل نیاز است و حتی ممکن است تاخیر در تحویل محصول رخ دهد که منجر به مشکل اصلی از دست رفتن فرصت های تجاری می شود. بدترین سناریو این است که مشکلات فقط در بازار ایجاد می شود و منجر به فراخوان ها و مشکلات اعتباری می شود. بنابراین، طراحی حرارتی اساساً حیاتی است. بنابراین، لازم است که طراحی حرارتی را از همان ابتدا به طور موثر انجام دهیم. علاوه بر این، همچنین مهم است که بدانیم با تغییر روند در توسعه فناوری، طراحی حرارتی سخت‌گیرانه‌تر از همیشه شده است.

کار طراحی حرارتی یک حلقه بسته است، از طراحی سازه در مرحله اولیه پروژه، چیدمان سخت افزار، کنترل نرم افزار، انتخاب مواد تا آزمایش افزایش دما در مرحله بعدی، همه باید شامل مشارکت مهندسان طراحی حرارتی باشد. در عین حال، تقاضا برای تکرار سریع‌تر محصول منجر به چرخه‌های طراحی کوتاه‌تر برای مهندسان شده است. بنابراین، شرکت‌های بیشتری شبیه‌سازی حرارتی را برای کاهش هزینه‌ها، تسریع تحقیق و توسعه، بهبود قابلیت اطمینان عملکرد حرارتی دستگاه‌های قدرت، و به‌طور کارآمد طراحی حرارتی اتخاذ می‌کنند.