Математичні моделі визначення температурних полів у елементах цифрових пристроїв з локальним зовнішнім нагріванням та із урахуванням термочутливості

Abstract

Розроблено лінійну та нелінійну математичні моделі визначення температурного поля, а надалі й аналізу температурних режимів в ізотропних просторових середовищах, які піддаються зовнішньому локальному тепловому навантаженню. Для розв'язання нелінійної крайової задачі застосовано перетворення Кірхгофа, із використанням якого лінеаризовано вихідне нелінійне рівняння теплопровідності та нелінійні крайові умови і внаслідку отримано лінеаризоване диференціальне рівняння другого порядку з частковими похідними та крайові умови з розривною правою частиною. Для розв'язування лінійної крайової задачі, а також отриманої лінеаризованої крайової задачі відносно перетворення Кірхгофа використано метод інтегрального перетворення Генкеля, внаслідок чого отримано аналітичні розв'язки цих задач. Для термочутливого середовища, як приклад, вибрано лінійну залежність коефіцієнта теплопровідності конструкційного матеріалу структури від температури, яку часто використовують у багатьох практичних задачах. У результаті отримано аналітичне співвідношення для визначення розподілу температури у цьому середовищі. Виконано числовий аналіз поведінки температури як функції просторових координат для заданих значень геометричних і теплофізичних параметрів. Досліджено вплив потужності зовнішніх джерел тепла, теплофізичних та геометричних параметрів середовища на розподіл температури. Для визначення числових значень температури в наведеній конструкції, а також на основі цього і аналізу теплообмінних процесів в середині цих конструкцій, зумовлених зовнішнім тепловим навантаженням, розроблено програмні засоби, із використанням яких виконано геометричне зображення розподілу температури залежно від просторових координат. Розроблені лінійна та нелінійна математичні моделі для визначення температурного поля у просторових середовищах із зовнішнім нагріванням свідчать про їх адекватність реальному фізичному процесу. Вони дають змогу аналізувати такі середовища щодо їх термостійкості. Як наслідок, стає можливим її підвищити і захистити від перегрівання, яке може спричинити руйнування не тільки окремих вузлів і їх елементів, а й всієї конструкції.