Розроблення математичних моделей теплопровідності у окремих елементах та вузлах електронних пристроїв при локальному нагріванні з урахуванням термочутливості

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.304804

Ключові слова:

температурне поле, теплопровідність матеріалу, конвективний теплообмін, тепловий потік, термостійкість конструкцій

Анотація

Розглянуто процес теплопровідності для ізотропного середовища з локальним зовнішнім та внутрішнім тепловим нагріванням. Потрібно розробити лінійні та нелінійні математичні моделі визначення температурного поля, а в подальшому і аналізу температурних режимів в цих теплоактивних середовищах. Для розв'язування лінійних крайових задач і отриманих лінеаризованих крайових задач 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 аналітичні співвідношення для визначення розподілу температури у цьому середовищі. Для визначення числових значень температури та аналізу теплообмінних процесів у наведеній конструкції, зумовлених зовнішнім тепловим навантаженням, виконано геометричне зображення розподілу температури залежно від просторових координат. Розроблені лінійні та нелінійні математичні моделі свідчать про їх адекватність реальному фізичному процесу. Вони дають змогу аналізувати теплоактивні середовища щодо їх термостійкості. Як наслідок, стає можливим її підвищити і захистити від перегрівання, яке може спричинити руйнування не тільки окремих вузлів та їх елементів, а й всієї конструкції

Біографії авторів

Василь Іванович Гавриш, Національний університет «Львівська політехніка»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра програмного забезпечення

Ельвіра Анатоліївна Джумеля, Національний університет «Львівська політехніка»

Доктор філософії

Кафедра програмного забезпечення

Степан Іванович Качан, Національний університет «Львівська політехніка»

Кандидат фізико-математичних наук, доцент

Кафедра цивільної безпеки

Павло Віталійович Сердюк, Національний університет «Львівська політехніка»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра програмного забезпечення

Вікторія Юріївна Майхер, Національний університет «Львівська політехніка»

Кандидат технічних наук

Кафедра програмного забезпечення

Посилання

  1. Haopeng, S., Kunkun, X., Cunfa, G. (2021). Temperature, thermal flux and thermal stress distribution around an elliptic cavity with temperature-dependent material properties. International Journal of Solids and Structures, 216, 136–144. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2021.01.010
  2. Zhang, Z., Zhou, D., Fang, H., Zhang, J., Li, X. (2021). Analysis of layered rectangular plates under thermo-mechanical loads considering temperature-dependent material properties. Applied Mathematical Modelling, 92, 244–260. https://doi.org/10.1016/j.apm.2020.10.036
  3. Gong, J., Xuan, L., Ying, B., Wang, H. (2019). Thermoelastic analysis of functionally graded porous materials with temperature-dependent properties by a staggered finite volume method. Composite Structures, 224, 111071. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.111071
  4. Demirbas, M. D. (2017). Thermal stress analysis of functionally graded plates with temperature-dependent material properties using theory of elasticity. Composites Part B: Engineering, 131, 100–124. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2017.08.005
  5. Ghannad, M., Yaghoobi, M. P. (2015). A thermoelasticity solution for thick cylinders subjected to thermo-mechanical loads under various boundary conditions. International Journal of Advanced Design and Manufacturing Technology, 8 (4). Available at: https://sanad.iau.ir/journal/admt/Article/534941?jid=534941
  6. Parhizkar Yaghoobi, M., Ghannad, M. (2020). An analytical solution for heat conduction of FGM cylinders with varying thickness subjected to non-uniform heat flux using a first-order temperature theory and perturbation technique. International Communications in Heat and Mass Transfer, 116, 104684. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2020.104684
  7. Eker, M., Yarımpabuç, D., Çelebi, K. (2020). Thermal stress analysis of functionally graded solid and hollow thick-walled structures with heat generation. Engineering Computations, 38 (1), 371–391. https://doi.org/10.1108/ec-02-2020-0120
  8. Bayat, A., Moosavi, H., Bayat, Y. (2015). Thermo-mechanical analysis of functionally graded thick spheres with linearly time-dependent temperature. Scientia Iranica, 22 (5), 1801–1812. Available at: https://scientiairanica.sharif.edu/article_3743.html
  9. Evstatieva, N., Evstatiev, B. (2023). Modelling the Temperature Field of Electronic Devices with the Use of Infrared Thermography. 2023 13th International Symposium on Advanced Topics in Electrical Engineering (ATEE). https://doi.org/10.1109/atee58038.2023.10108375
  10. Liu, H., Yu, J., Wang, R. (2023). Dynamic compact thermal models for skin temperature prediction of portable electronic devices based on convolution and fitting methods. International Journal of Heat and Mass Transfer, 210, 124170. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124170
  11. Bianco, V., De Rosa, M., Vafai, K. (2022). Phase-change materials for thermal management of electronic devices. Applied Thermal Engineering, 214, 118839. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118839
  12. Mathew, J., Krishnan, S. (2021). A Review On Transient Thermal Management of Electronic Devices. Journal of Electronic Packaging. https://doi.org/10.1115/1.4050002
  13. Zhou, K., Ding, H., Steenbergen, M., Wang, W., Guo, J., Liu, Q. (2021). Temperature field and material response as a function of rail grinding parameters. International Journal of Heat and Mass Transfer, 175, 121366. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121366
  14. Liu, X., Peng, W., Gong, Z., Zhou, W., Yao, W. (2022). Temperature field inversion of heat-source systems via physics-informed neural networks. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 113, 104902. https://doi.org/10.1016/j.engappai.2022.104902
  15. Kong, Q., Jiang, G., Liu, Y., Yu, M. (2020). Numerical and experimental study on temperature field reconstruction based on acoustic tomography. Applied Thermal Engineering, 170, 114720. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.114720
  16. Havrysh, V., Kochan, V. (2023). Mathematical Models to Determine Temperature Fields in Heterogeneous Elements of Digital Devices with Thermal Sensitivity Taken into Account. 2023 IEEE 12th International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications (IDAACS). https://doi.org/10.1109/idaacs58523.2023.10348875
  17. Havrysh, V. I., Kolyasa, L. I., Ukhanska, O. M., Loik, V. B. (2019). Determination of temperature field in thermally sensitive layered medium with inclusions. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 1, 76–82. https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-1/5
  18. Havrysh, V., Ovchar, I., Baranetskyj, J., Pelekh, J., Serduik, P. (2017). Development and analysis of mathematical models for the process of thermal conductivity for piecewise uniform elements of electronic systems. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (5 (85)), 23–33. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.92551
  19. Havrysh, V. I., Kosach, A. I. (2012). Boundary-value problem of heat conduction for a piecewise homogeneous layer with foreign inclusion. Materials Science, 47 (6), 773–782. https://doi.org/10.1007/s11003-012-9455-4
  20. Gavrysh, V., Tushnytskyy, R., Pelekh, Y., Pukach, P., Baranetskyi, Y. (2017). Mathematical model of thermal conductivity for piecewise homogeneous elements of electronic systems. 2017 14th International Conference The Experience of Designing and Application of CAD Systems in Microelectronics (CADSM). https://doi.org/10.1109/cadsm.2017.7916146
Розроблення математичних моделей теплопровідності у окремих елементах та вузлах електронних пристроїв при локальному нагріванні з урахуванням термочутливості

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-06-28

Як цитувати

Гавриш, В. І., Джумеля, Е. А., Качан, С. І., Сердюк, П. В., & Майхер, В. Ю. (2024). Розроблення математичних моделей теплопровідності у окремих елементах та вузлах електронних пристроїв при локальному нагріванні з урахуванням термочутливості. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(5 (129), 25–35. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.304804

Номер

Том 3 № 5 (129) (2024): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Vasyl Havrysh, Elvira Dzhumelia, Stepan Kachan, Pavlo Serdyuk, Viktoria Maikher

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.