CFD
ช่วยลดเวลาและค่าใช้จ่ายในการออกแบบ
->
ทุกวันนี้อุตสาหกรรมอิเลคโทรนิค-คอมพิวเตอร์
ถือเป็นอุตสาหกรรมที่สำคัญ เพราะอุปกรณ์เครื่องใช้หรือเครื่องจักรต่าง
ๆ ทุกวันนี้ ส่วนใหญ่จะต้องมีวงจรอิเลคโทรนิค-คอมพิวเตอร์ประกอบอยู่ด้วย
ทำให้มีผู้ประกอบการอุตสาหกรรมอิเลคโทรนิคมากมาย ซึ่งก่อให้เกิดการแข่งขันในตลาดสูง
ผู้ประกอบการแต่ละรายจึงต้องพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ๆ ให้กับสินค้าของตนและต้องออกจำหน่ายได้อย่างรวดเร็ว
ส่วนหนึ่งของการทำให้เวลาในการออกแบบลดลงคือ การนำซอฟท์แวร์*/คอมพิวเตอร์มาเพื่อช่วยออกแบบ,คำนวนและวิเคราะห์ในส่วนของการระบายความร้อนของวงจรที่ออกแบบแล้ว
เพื่อทำให้วงจรทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ณ อุณหภูมิที่เหมาะสม
ซึ่งจะต้องใช้ซอฟท์แวร์ประเภท CFD (computational fluid
dynamics) ซึ่งปัจจุบันสามารถทำงานได้บนระบบปฏิบัติการ วินโวส์
,มีความยืดหยุ่น และใช้งานได้ง่าย ทำไห้ผู้ออกแบบสามารถวิเคราะห์และแก้ไขจุดบกพร่องได้อย่างรวดเร็วจึงทำให้ช่วงเวลาในการออกแบบสั้นลง
ตัวอย่างของผู้ที่นำซอฟท์แวร์ประเภท CFD มาใช้ในการแก้ไขปัญหาการระบายความร้อน
เพื่อทำให้วงจรทำงานได้ดี ได้แก่ บริษัท Raytheon E-Systems Div.
ซึ่งเป็นผู้นำในด้านการผลิตวงจรอิเลคโทรนิคสำหรับการทหารในสหรัฐฯ
ซึ่งขณะออกแบบได้ตรวจพบปัญหาความร้อน ตอนออกแบบกล่องบรรจุในระยะแรก
ๆ ซึ่งเป็นข้อดีเพราะจะไม่ต้องเสียเวลาและค่าใช้จ่ายในการออกแบบ
หากตรวจพบภายหลัง
Raytheon E-Systems เป็นผู้พัฒนา ruggedized ซึ่งเป็นอุปกรณ์อิเลคโทรนิคทางทหาร
ซึ่งประกอบด้วยกล่องวิทยุสื่อสารและชุดเสาอากาศ ซึ่งเป็นแบบพิเศษ
ซึ่งอุปกรณ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์ที่ต้องออกแบบตามความต้องการของลูกค้า
ล่าสุดคือต้องปรับปรุงชุดการ์ดสื่อสารขนาด 18 x 9 x 7 นิ้ว ที่ประกอบด้วยชุดจ่ายไฟ
2 ชุดผลิตกำลังไฟรวม 600 วัตต์ เมื่อการออกแบบระบบระบายความร้อนด้วยพัดลมดูดอากาศออก
ได้ถูกวิเคราะห์ออกมาตามทฤษฎีโดยคำนวนแบบ contour ในลักษณะ 2 มิติ
ผลปรากฎว่าอุณหภูมิณ จุดที่มีอุปกรณ์หลายตัวอยู่ใกล้กัน อยู่ที่
146 องศาเซลเซียส ซึ่งไม่ถึงจุดที่จะทำให้มีปัญหาคือ 150 องศาเซลเซียส
อย่างไรก็ตาม เมื่อทดลองวิเคราะห์โดยใช้ซอฟท์แวร์ Coolit ของบริษัท
Data Research ซึ่งวิเคราะห์ในลักษณะ 3 มิติ ปรากฎว่า อุณหภูมิจุดเดิมกลับมีค่าถึง
176 องศาเซลเซียสซึ่งมีผลต่อการทำงานของการ์ดนี้
Dan Jones, senior principal engineer กล่าวว่า "ตอนที่ผมเห็นผลการคำนวนจาก
Coolit ผมรู้ทันทีว่าการคำนวนครั้งแรกนั้นมีข้อผิดพลาดแน่ๆ"
ปกติแล้วการวิเคราะห์เกี่ยวกัมอุณหภูมิ จะสมมติให้ปริมาตรที่จะถูกวิเคราะห์มีค่าคงที่
เช่น มีการกระจายความร้อนแบบเดียว หรือการกรจายความร้อนบนพื้นที่ใหญ่
ๆ หรือไม่นำผลของความร้อนมาคิดคำนวน สมมติฐานเหล่านี้จะทำให้การวิเคราะห์ออกมาผิดพลาด
โดยเฉพาะเมื่อวิศวกรมีความกดดันในเรื่องของเวลาเข้ามาเกี่ยวข้อง
Jones ให้ความเห็นว่า "การคำนวนแบบธรรมดาที่ต้องใช้การสมมติ นั้นไม่เหมาะกับงานจริง
ซอฟท์แวร์ Coolit ได้ช่วยแก้ไขจุดนี้"
ซอฟท์แวร์ Coolit จะตัดสินเลือกเอาสมมติฐานที่สามารถนำมาใช้ได้ในกับสภาวะนั้น
ๆ และคำนวนหาผลลัพธ์ที่เหมาะสมออกมา หาก Jones ด้วยวิธีธรรมดาโดยใช้คณิตศาสตร์
เขาจะต้องใช้ความสามารถและประสบการณ์ของเขา ซึ่ง
Coolit สามารถคำนวนได้อย่างสมบูรณ์และยังคำนวนถึงผลกระทบอื่น ๆอีกด้วย
Coolit สามารถรายงานผลได้แบบตรงจุดเช่นสามารถบอกได้ว่า heatsink
ของ ภาคจ่ายไฟกระจายความร้อนได้ไม่ดีพอ ซึ่งเราสามารถแก้ปัญหาได้โดยเพิ่มจำนวนครีบของ
heat sink Coolit ยังช่วยปรับปรุงระบบการถ่ายเทอากาศให้ดี โดยการปรับทิศทางการไหลของอากาศซึ่งช่วยให้ระบบ
ถ่ายเทความร้อนได้ดีขึ้น
Jones กล่าวว่า "การใช้ CFD ช่วยลดเวลาในการพัฒนาไปได้ 2-3 เดือน"
Jonesยังพบว่าใช้พัดลมระบายตัวเดียวไม่พอ ต้องใช้ถึง 5 ตัว และตัวกล่องต้องเล็กลงเพื่อบังคับให้มีการไหลของอากาศให้พอกับอุปกรณ์ที่เกิดความร้อน
ผลลัพธ์จากการวิเคราะห์แสดงทิศทางการไหลของอากาศและการกระจายความร้อน
ในลักษณะ 2 มิติและ 3 มิติ ซึ่งสีต่าง ๆ แสดงอุณหภูมิที่มีค่าต่าง
ๆ กันไป และลูกศรแสดง ทิศทางและความเร็วของการไหล และสามารถทำการซ้อนภาพเพื่อเปรียบเทียบความแตกต่าง
ในระหว่างที่มีการแก้ไขได้
จากประสบการณ์ของทางด้านการใช้ CFD กว่า 15 ปี Jones กล่าวอย่างมั่นใจว่า
"บริษัทใดต้องการนำหน้าคู่แข่ง จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องใช้ CFD
ถ้าวิเคราะห์เรื่องอุณหภูมิ"
|
|
|
