Введение к работе
5. Алгоритм работы и функциональную схему спецвычислителя, позволяющего ускорить процесс проведения вычислительного экспериманта при решении задач теплофизичвского проектирования.
Актуальность томи. Нормальное функционирование радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) возможно лишь при условии поддержания температур ее элементов в определенних продолах. Применение новой элементной базы, позволяющей уменьшить массогабаритные показатели радиоэлектронных устройств, во многих случаях увеличивает удельїіііо рассеиваемые мощности, что сразу же выдвигает перед разработчиком задачу отвода избыточного тепло, т.к. нарушение теплового режима оказывает негативное влияние на функционально характеристики элементов и может привести к возникновению в них необратимых физико-химических процессов. Поэтому необходимо проводить тепловое проектирование аппаратуры, и, в первую очоредь, ее основних компонентов - модулой 0-го и 1-го уровни. В связи со сложностью проведения натурных экспериментов при тепловом анализе в последнее время используются расчетные методы и средства, особое место среди которых занимают мотоды и средства экспресс-анализа.
В известных отечественных и зарубежных программных комплексах, созданных для теплового анализа РЭА: "ТЕКОН", "РАЇЇИРА-9", "ПРАМ-9", "BETA oort", "Allegro Thermal Analysis Paakage", "Thermo-GTATS" и ряде других подсистемы, осуществляющие экспресс-анализ либо не полностью реализуют присущие ему качества, и в первую очередь наглядность моделирования, либо вовсе отсутствуют. Это обусловлено тем, что решаются сложные тепловые задачи (моделирование тепловых рожимов в шкафах и стойках РЭА - "РАГШРА-9", "ПГАМ-9"; моделирование тепловых режимов и термофупкщюналышх характеристик печатных плат - "ThermoSTATS"), которые .требуют при решении больших затрат времони моделирования и как следствие - применения мощных ЭВМ (серия EG, IBM 3081). Приразнообразии подходов и методов решения оти программные комплексы обладают общей, чертой - скрывают в своем "черном ящике" не только математический аппарат, но и. физику задачи, взаимодействуя с пользователем на уровне иерархических меню и распечаток температурных полой. Данный Подход создания интерфейса оправдан сложностью, постановки решаемых задач и болывим
объемом информации, необходимой для тешюфизичеекого проектирования иерархической системы РЭА.
Поскольку конечним результатом теплофивического проектирования плати является получение значений температур на повоуіхности корпусов элементной базц, либо кристаллов микросхем, то, проектировщик обязан определить оптимальную расстановку источников, виявить области повышенного перегрева и на основании этого видать рекомендации для схемотехнического проектирования плати либо интегрального радиоэлемента. При этом важно, чтобы он постоянно находился в среде решаемой задачи, мог влиять на ход ее решения и, таким образом, постоянно наблюдал общую картину исследуемого температурного поля объекта моделирования. Практическая потребность в решении этих задач обуславливает актуальность диссертационной работы.
Методи исследований. При выполнении работы применялись методы вычислительной математики (конечных разностей, суперпозиции, проекций), теории.теплопроводности, теории цифровых вычислительных'машин (метод разрядных аналогий).
Научная новизна. Предложена математическая модель кондуктивно--коиввктивного топлопереноса для моделирования температурного поля модуля 1-го уровня РЭА с двухсторонним монтажом с учетом перетока тепла по толщине платы. Предложен способ проведения экспресс-анализа полей температур в модулях 0-го и 1-го конструктивных уровней РЭА в среде табличного процессора. Разработаны программно-методическиэ средства для экспресс-анализа полой температур в модулях 0-го и 1-го уровней РЭА. Разработана методика моделирования температурного поля в произвольно выбранных областях микроэлектронного элемента с многослойной структурой (микросхемы, микросборки) на основе поточечного численно-аналитического метода и осуществлена ее реализация в среде табличного процессора. Разработаны алгоритм работа и функциональная схема спецвычислителя, позволяющего уско-, рить процесс проведения вычислительного зкспорішопта при рашешш задач тешюфизичеекого проектирования.
Практическая ценность работы состоит в том, что разработанные программно-методическое средства для проведения экспресс-анализа температурных полой в модулях 0-го и 1-го уровней РЭА на базо табличного процессора могут быть использованы в состапо программно-
-методических комплексов систем моделирования тепловых режимов РЭА, в качестве методического руководства для инженеров тепловых служб, а также как учебное пособие для изучения процессов, связанных с переносом тепла. Методическая часть отличается простотой в использовании и возможностью быстрой перенастройки на решение задач теплового анализа различных типов, а также точностью получаемых решений, удовлетворяющей инженерную практику.
Разработанная методика моделирования температурного соля в произвольно выбранных областях микроэлектронного элемента с многослойной структурой (микросхемы, микросборки) на основе поточечного численно-аналитического метода может быть применена при тешюфизичес-ком проектировании микроэлектронных устройств.
Разработанное решающее устройство может быть использовано при создании проблемно-ориентированной системы ПЭВМ-спецвычислитель для решения граничных задач в сеточных областях большой размерности.
Реализация результатов работы. Работа выполнялась в соответствии с тематикой Отдела теплоэнергетических процессов и систем Института проблем энергосбережения АН Украины.
Научные результаты работы использованы при проектировании автоматизированной системы теплового анализа РЭА ("ACTA"), создаваемой в НИИ "Шторм" г. Одессы. Экономический эффект от внедрения результатов работы в народное хозяйство составляет 14,7 тыс. рублей.
Разработанное программно-методическое средство для проведения экспресс-анализа температурных полей в модулях 0-го и 1-го уровней РЭА на базе табличного процессора используется в качестве учебного, пособия при проведении серии лабораторных работ по курсу "Информационные технологии" на кафедре "математические методы системного анализа" в Киевском политехническом институте.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на Всесоюзных научно-технических семинарах "Практическая реализация машинных методов решения краевых задач" в Пензе (1989г.), в Иваново (1990 г.)» на Всесоюзной научно-технической конференций "Математическое моделирование в енергетико" в Киеве (1990 г.), на семинаре "Электронное моделирование задач математической физики" Научного совета АН Украины по комплексной проблеме "Теоретическая
электротехника и электронное моделирование" (1991г.)
Публикации. Основные положения диссертации освещены в восьми опубликованных работах.
Структура и объем работы, диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 155 страницах машинописного текста, содержит 39 рисунков, 16 таблиц, список литературы ив IOI наименований, приложений.