CAD/CAE method of solving the hydrodynamic problem while developing powerful electronic devices

Abstract

The article presents examples of the solution of the hydrodynamic problem that arises in the development of powerful electronic devices requiring liquid cooling using the CAD/CAE modeling method. The authors consider poorly documented or undocumented features of such solution based on the use of free software packages — SALOME, OpenFOAM and ParaView for the CAELinux operating system platform.

Необхідність вирішення гідродинамічної задачі виникає в тому випадку, коли для забезпечення теплового режиму електронного приладу необхідним є застосування примусового рідинного охолодження, реалізованого у вигляді охолоджувачів тієї чи іншої конструкції. Результатом її рішення є вибір насоса, здатного подолати гідродинамічний опір охолоджувача при заданих значеннях витрати рідини. Вибрати насос не важко, коли відома гідродинамічна характеристика охолоджувача — залежність надлишкового тиску рідини на вході від швидкості рідини, яка протікає через охолоджувач. Тенденція до ускладнення конструкцій охолоджувачів з нетрадиційними течіями виключає використання відомих аналітичних залежностей і вимагає застосування інших методів, наприклад математичного моделювання. Його основні етапи: розробка 3D геометричної моделі охолоджувача; визначення в її межах швидкості і тиску рідини шляхом вирішення системи диференціальних рівнянь нерозривності і Нав'є — Стокса; представлення результатів рішення в вигляді, зручному для аналізу. Для реалізації такого підходу потрібне спеціалізоване програмне забезпечння (ПЗ) типу CAD/CAE. Дорожнеча пропрієтарних CAD/CAE-систем разом з вимогою використання при проектуванні виключно легального ПЗ викликали необхідність вирішення зазначеної задачі за допомогою вільних програмних продуктів, наприклад системи геометричного моделювання SALOME, системи математичного моделювання OpenFOAM і візуалізатора паралельних обчислень ParaView. Серед основних перешкод застосування зазначеного ПЗ — його слабка документованість. Мета даної роботи — показати на практичних прикладах, заснованих на досвіді проектування рідинних охолоджувачів для мікропроцесорів, недокументовані особливості використання SALOME, OpenFOAM і ParaView на платформі операційної системи CAELinux. У роботі на двох прикладах докладно розглянуто методику рішення задачі, що дозволяє успішно застосовувати даний підхід при проектуванні складних реальних конструкцій охолоджувачів електронних приладів.

Приведены примеры решения гидродинамической задачи, которая возникает при разработке мощных электронных приборов, требующих жидкостного охлаждения, методом CAD/CAE-моделирования. Рассмотрены не документированные или слабо документированные особенности ее решения на основе использования свободного программного обеспечения SALOME, OpenFOAM и ParaView на платформе операционной системы CAELinux.