전자 산업 중 특히 가전 산업은 열 솔루션에 대하여 엄격한 요구사항을 가지고 있으며, 전 세계에서 가장 빠르게 성장 하는 산업 중 하나입니다. 전자 장비의 설계는 수많은 경쟁 목표들간의 균형을 요구하는 복잡하고 까다로운 작업입니다. 설계자는 일반적으로 엄격한 온도제약, 크기와 무게 제한 및 광범위하게 변화하는 작동 환경을 고려해야 합니다. 또한 설계자들은 오랜 시간과 비용이 많이 드는 시제품을 제작하여 다양한 설계 시나리오를 빠듯한 일정내에서 평가해야 했습니다. 이러한 문제 해결을 위해 설계자들은 다양한 시나리오들의 설계 성능 평가를 위해 가상의 시험이 가능한 열 시뮬레이션을 사용하였습니다.
열 설계 시뮬레이션
무선 라우터에서의 소자 온도와 대류 유동
STAR-CCM+의 입증된 물리 모델과 계산 기능은 열 설계 대안을 효율적으로 탐색
하기 위한 기반을 제공합니다. STAR-CCM+ 내의 전자 냉각 도구는 강제 및 자연 대류 시뮬레이션을 위한 효율적인 구축-시험-평가의 워크플로를 제공하므로 설계자는 열 성능을 신속하게 파악 할 수 있습니다.
STAR-CCM+를 사용하여 가상 시제품 제작을 위한 유연한 옵션:
• 표준 중간 데이터 형식(IDF)을 사용하여 인쇄 회로 기판(PCB) 및 구성 요소 데이터를 가져오는 기능
• 방열판, 칩, PCB, 팬, 저항 및 인클로저에 대한 표준 서식을 사용하여 형상 생성
• 고유한 또는 표준 데이터 형식을 사용하여 3D CAD(Computer-Aided Design) 프로그램에서 형상 가져오기
방열판의 향상된 열 동작을 보여주는 기본 설계(좌측)와 최적화된 설계(우측).
지능적인 시뮬레이션 구성 요소 사용
STAR-CCM+ 솔루션에는 QuickParts라는 기능이 포함되어 있어서 하나의 전자 구성 요소 내에 형상, 격자 및 물리 모델을 그룹화하여 더 큰 결합체로 데이터를 보다 쉽게 가져올 수 있습니다. QuickParts 를 사용하여 지능형 시뮬레이션 구성 요소를 생성함으로써 가상 시험 조건을 정의하고 조직의 고유한 표준 부품 라이브러리를 생성할 수 있습니다. 일반적인 시험 조건에는 다음이 포함됩니다.
• 온도, 속도 및 주변 압력과 같은 공기 유동 환경의 조합
• 팬 곡선
• 중력
• 구성 요소 열 분산
• 접촉 저항
• 구성 요소 열 네트워크 모델
• PCB 특성 및 재료
고급 물리 시뮬레이션은 STAR-CCM+로 완전히 정의할 수 있는 추가 세부 사항을 요구하기도 합니다.
시뮬레이션 결과 계산
STAR-CCM+를 사용하여 시뮬레이션 결과를 계산하려면 먼저 주요 방정식을 풀때 사용할 수 있는 계산 격자를 생성해야 합니다. 특정 모델에 기본 격자 설정을 생성하고 빠르고 정확한 초기 솔루션을 제공할 수 있습니다. 또한 국부 및 전역 제어를 추가하여 모델의 가장 중요한 영역에 메시를 집중시킬 수 있습니다. 그리고 효율적인 알고리즘을 통해 사용 가능한 컴퓨팅 코어에서 격자를 자동으로 생성할 수 있습니다. 주 방정식은 STAR-CCM+의 강건하고 정확한 솔버를 사용하여 풀 수 있습니다. 검증되고 효율적인 확장성을 갖춘 이 솔버는 한 개에서 수천 개의 코어를 보유한 모든 컴퓨터 자원을 활용합니다. STAR-CCM+ 솔버를 사용하면 설계 대안을 탐색하면서 결과를 신속하게 생성하고 시스템 성능을 평가할 수 있습니다.
시스템 성능 개선
전자 장치의 열 설계에서는 많은 변수를 고려해야 합니다. 이러한 변수에는 칩 위치, 핀 수와 간격, 높이, 두께 및 재료와 같은 방열판 형상, 팬 작동 속도, 팬 위치 및 인클로저 통풍구 등이 있습니다. 이러한 변수에 대한 방정식을 계산하는 과정에서 실시간으로 결과를 확인 할 수 있습니다. 계산이 완료되면 다음과 같은 추가적인 방법을 통해 시스템 성능에 대한 통찰력을 얻음으로서 시스템을 개선하기 위한 의사 결정 및 권장사항을 안내할 수 있습니다.
• 최고 소자 온도, 열유속, 공기 속도 및 압력 강하를 평가하기 위한 정량적 데이터 분석 도구
• 표면 플롯, 단면 뷰, 벡터, 유선 및 등 위면으로 다차원 흐름 패턴을 시각화 하는 정성적 도구
STAR-CCM+를 사용하면 이미지, 애니메이션 및 텍스트 파일 또는 스프레드시트로 내보낸 데이터를 사용하여 결과를 전달할 수 있습니다. 또한 라이선스가 필요 없으며 쉽게 다운로드 및 설치할 수 있는 무료 뷰어인 STAR-View+를 사용하여 3D 결과를 내보내고 검토할 수 있습니다. STAR-View+를 사용하여 결과를 확인, 회전, 확대/축소 및 애니메이션화 할 수 있습니다.
장점
• 전자장비 열 시뮬레이션 가속화
• 모델 구축 효율성 향상
• 외부 시스템에서 복잡한 형상 가져오기
• 빠르고 확장 가능한 계산 지원
• 최적의 결과를 위해 광범위한 탐색 간소화
기능
• 사용이 쉬운 자동화 된 워크플로
• 지능적인 시뮬레이션 구성 요소
• ECAD와 MCAD의 간단한 통합
• 다양한 가상 시제품 옵션
출처 : 지멘스디지털인더스트리소프트웨어
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