Оценка теплового состояния устройства локальной автоматизации для морских электроэнергетических систем на базе российской элементной базы

Аннотация

в условиях санкционных ограничений и стратегической задачи освоения Арктической зоны ключевым приоритетом российского судостроения становится обеспечение технологического суверенитета в области судовых электроэнергетических систем (ИЭЭС). В работе представлены результаты этапа НИОКР по разработке устройств локальной автоматизации (УЛА) на базе отечественного микроконтроллера К5500ВК018. Основной проблемой при использовании данной элементной базы в агрессивной морской среде является обеспечение надежного теплоотвода в условиях пассивной вентиляции при температурах окружающего воздуха до 60 ^∘С. Целью исследования была оценка теплового состояния опытных образцов УЛА и оптимизация конструкции корпуса для исключения перегрева критических компонентов. Методология работы основана на численном моделировании сопряженного теплообмена и гидродинамики в пакете SOLIDWORKS Flow Simulation. Проведена проверка сеточной сходимости, учтено тепловое излучение методом дискретного переноса (Discrete Transfer), использованы анизотропные свойства материалов печатных плат.
В ходе расчетов выявлено превышение допустимой температуры микроконтроллера К5500ВК018 в базовой конструкции корпуса. Для устранения перегрева предложена модернизация корпуса с организацией дополнительных вентиляционных отверстий. Результаты показали, что модернизация обеспечила увеличение массового расхода воздуха в зоне тепловыделения на 57,5%, что позволило снизить максимальную температуру микроконтроллера до 84,48 ^∘С при температуре окружающей среды 60 ^∘С (предельное значение — 85 ^∘С). Установлено, что предложенная конструкция обеспечивает надежную работу устройств без применения активных систем охлаждения и радиаторов. Полученные результаты подтверждают возможность серийного производства конкурентоспособных отечественных УЛА для морских ИЭЭС, что вносит вклад в импортозамещение и повышение технологической безопасности отрасли в условиях глобальной нестабильности цепочек поставок.