Постановка задач расчета теплового процесса на дискретной модели

В электронно-вычислительной аппаратуре могут происходить следующие процессы передачи тепла: конвекция, кондукция и лучеиспускание. Разностный метод не применим для расчета передачи тепла конвекцией и лучеиспусканием. Поэтому ограничимся рассмотрением конструкций, элементы которых помещены либо в твердый наполнитель, например, в пенопласт, компаунд или резину, либо в желеобразный наполнитель с малым коэффициентом текучести. То есть будем рассматривать конструкции, в которых происходит только передача тепла теплопроводностью (кондукция). Предположим, что блок ЭВА имеет прямоугольную форму, внутри которого находятся источники тепла – радиоэлементы, через которые протекает электрический ток. Блок залит наполнителем с коэффициентом теплопроводности К и удельной теплоемкостью С. Разобьем мысленно конструкцию на части прямоугольной формы, каждую из которых назовем элементом.

	.
Рис.2.4.1.	Рис.2.4.2.

Для более высокой точности расчета выберем элементы одинаковых размеров, причем сами размеры элементов примем минимально возможными. В центре элемента выделим особую точку – узел сетки. Далее, попытаемся определить температуру в каждом узле сетки в каждый момент времени. Для простоты будем считать, что блок однороден, то есть входящие в него материалы имеют одинаковую теплоемкость и коэффициент теплопроводности. Температуру, определяемую в узле сетки с координатами x, y, z, в момент времени t, обозначим как Q^t_{X, Y, Z}, а в следующий момент времени как Q^t+1_{X, Y, Z}. Размеры блока, координаты и мощность тепловыделяющих радиоэлементов будем считать заданными. Кроме того, для решения задачи должны быть заданы начальные и граничные условия.

В начальных условиях задачи необходимо указать температуру во всех узлах сетки блока в начальный момент времени. Обычно при рассмотрении переходных процессов за начальный момент времени выбирается момент включения электрических цепей под нагрузку. До этого момента температура во всех узлах считается одинаковой и равной наружной температуре, например, комнатной (20^ОС или 293^ОК).

В граничных узлах блока могут быть заданы различные граничные условия. Когда на границе задается значение самой функции, то есть температура – это граничное условие 1-го рода и решение получается наиболее простым. Однако, к сожалению, только при грубом упрощении нестационарной задачи (то есть задачи с изменением температуры во времени) можно считать температуру на поверхности бока заданной, например, равной наружной температуре. Наиболее близкими к реальным условиям являются граничные условия 2-го рода, когда задаются плотности теплового потока по всей наружной поверхности блока. Далее мы будем решать задачу с граничными условиями 2-го рода.