J'ai déjà évoqué plusieurs raisons pour lesquelles les considérations thermiques d'un appareil ne peuvent pas être prises en compte après coup.Il existe plusieurs méthodes pour gérer les besoins thermiques d'un appareil avant qu'ils ne deviennent un problème.L'un de mes collègues bien connus, Ross Wilcoxon, ingénieur mécanicien principal chez Rockwell Collins, en connaît un rayon.Son article, "a spreadsheet based matrix solution for a thermal resistance network : part 1" (une solution matricielle basée sur une feuille de calcul pour un réseau de résistance thermique : partie 1) a été publié dans Electronics Cooling Fall 2010, et il y aborde une méthode utilisant Excel pour modéliser la résistance thermique.
Ma nature curieuse ne pouvait pas laisser l'article se suffire à lui-même. J'ai dû ajouter quelques questions supplémentaires. Ross a été suffisamment conciliant pour m'aider.
[Amanda Hartnett] Pourquoi est-il important de caractériser la résistance thermique de chaque matériau utilisé dans un dispositif ?
[Ross Wilcoxon] Il se peut que ce ne soit pas le cas - parfois, la meilleure leçon tirée d'une analyse du réseau de résistance (ou de tout autre effort de modélisation) est de déterminer quels éléments sont vraiment importants pour les résultats finaux (températures des composants, fiabilité, etc.) et quels éléments ne le sont pas. Par exemple, si le châssis en aluminium d'un système joue un rôle essentiel dans la résistance thermique globale et présente un gradient de température important, il est très important de savoir de quel alliage il s'agit afin de mieux estimer sa conductivité thermique. D'un autre côté, si la température du châssis est à peu près uniforme, il n'est probablement pas très important de connaître exactement sa conductivité thermique.
[Amanda Hartnett] Quelles sont les informations que les fournisseurs de matériaux doivent fournir pour réaliser une analyse du réseau de résistance ?
[Ross Wilcoxon] Il est évident que la conductivité thermique est un bon point de départ et si vous effectuez une analyse transitoire (je prévois d'en parler dans la troisième partie de la série que j'aimerais réaliser pour Electronics Cooling), les informations sur la chaleur spécifique et la densité sont très importantes. Pour les matériaux d'interface, la résistance globale de l'interface est plus importante que la conductivité thermique. Dans de nombreux cas, il serait vraiment intéressant d'avoir des données non seulement pour les valeurs nominales, mais aussi une indication de l'incertitude. Les résistances d'un réseau thermique peuvent être calculées à l'aide de chiffres correspondant au meilleur ou au pire des cas, aussi facilement qu'avec les propriétés nominales des matériaux. Il est assez facile de passer d'une valeur à l'autre dans le tableur et c'est un bon moyen de se faire une idée de l'importance de la connaissance de la valeur précise en observant l'impact des variations entre les meilleures et les pires valeurs sur les températures globales. J'ai également effectué quelques simulations de Monte Carlo à l'aide d'une feuille de calcul pour me familiariser avec les effets cumulatifs de l'incertitude dans des éléments tels que les matériaux de remplissage thermique et un banc d'essai thermique. Pour ce type d'analyse, vous devez avoir une certaine compréhension de l'incertitude ainsi que des valeurs nominales.
[Amanda Hartnett] Un tel modèle pourrait-il être utilisé pour caractériser l'effet de la dégradation d'une seule couche ?
[Ross Wilcoxon] Je ne suis pas sûr de comprendre exactement ce que vous voulez dire. Si l'effet de la couche unique (je suppose que vous voulez parler d'un matériau d'interface thermique) est pris en compte dans le calcul de la résistance thermique, bien sûr - vous pouvez simplement appliquer un facteur dans l'équation pour tenir compte de quelque chose comme le vide et dire que la conductivité thermique effective du matériau d'interface diminue de X % pour évaluer l'impact sur l'effet global. Je suppose qu'il s'agit simplement de savoir jusqu'à quel point il est compliqué de convertir les paramètres des matériaux et de la géométrie en résistance thermique.
[Amanda Hartnett] Dans le cas d'une solution de refroidissement atypique, avez-vous constaté qu'une limite était plus critique qu'une autre ?
[Ross Wilcoxon] Dans de nombreux cas, la bataille thermique est perdue dans les premiers millimètres du chemin thermique (l'interface entre un composant et ce à quoi il est attaché - je parie que vous aimez cette réponse, hein ? !), mais dans beaucoup de nos systèmes, le point d'étranglement se situe dans les derniers millimètres (déplacement de la chaleur du système vers l'environnement). L'un des grands avantages de l'analyse de la résistance du réseau est qu'il est très facile d'ajuster les résistances, y compris les conditions limites, en modifiant simplement quelques cellules du tableur. Cela peut donner une bonne idée des paramètres les plus critiques et de ceux qui doivent être mieux compris. Par exemple, dans le prochain article d'Electronics Cooling (en supposant que je parvienne à le rédiger), j'ai l'intention de parler un peu d'une analyse que j'ai effectuée pour certains de nos équipements destinés à une nacelle de missile, ainsi que pour des équipements provenant d'un certain nombre d'autres fournisseurs. Au moment de l'analyse, nous ne connaissions pas certains détails comme la finition de la surface à laquelle nous fixions notre module, les alliages spécifiques de la nacelle du missile, etc. Le fait de disposer d'un outil d'analyse rapide nous a aidés à déterminer quelles inconnues étaient vraiment critiques pour l'analyse thermique et nous avons pu nous concentrer sur la recherche de ces informations.
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Ross - Merci pour votre temps et pour avoir partagé vos connaissances et votre expérience !
