Calcul numérique instationnaire de la température des composants électroniques d'un véhicule automobile

Transient numerical computation of the temperature of the electronic equipment in passengers cars

• Auteur / Autrice : Florence Michel
• Direction : Bernard Desmet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composants électroniques

Écoulement instationnaire (dynamique des fluides)

Résumé

Afin d’assurer la fiabilité des composants électroniques d’un véhicule, leur situation thermique est évaluée successivement à chaque phase du processus de développement. En particulier, il s’agit d’estimer la durée pendant laquelle le système électronique travaille dans son régime optimal de température, alors qu’il est soumis à des conditions de fonctionnement critiques. Pour le calcul de sa température dans des conditions de charge thermique instationnaires, différents modèles numériques et méthodes de simulation ont été développés et validés dans l’étude présente. Dans une première partie, deux stratégies innovatrices de couplage de codes pour le calcul des différents modes de transfert sont proposées, selon les conditions limites convectives, à partir d’une analyse de système. Pour réduire le temps de calcul dans le processus de développement, l’écoulement convectif est calculé avec une approche stationnaire. Dans la deuxième partie, plusieurs modèles numériques pour le calcul du mode de transfert convectif sont examinés sur des cas test, et vérifiés en comparaison avec la littérature, en particulier avec une analyse du maillage et des modèles de turbulence. Dans la troisième et dernière partie, les stratégies de co-simulation sont vérifiées pour deux systèmes électroniques complexes, d’une part une batterie au plomb assemblée dans une cavité de roue de secours, et d’autre part un amplificateur audio placé dans une cavité située entre le compartiment moteur et la cabine. Finalement, l’efficacité et la fiabilité de chacune des stratégies de co-simulation sont discutées en considérant l’implémentation dans le processus de développement digital.

In order to ensure a reliable operation of the electronic devices of a passenger car, its thermal situation is successively evaluated during each phase of the development process. Of particular interest is to predict the time period, during which the electronic system works within its optimal temperature range, while it is subjected to critical operating conditions. In order to compute its temperature under time-dependent thermal loads, different numerical models and computational methods have been developed and validated in the present study. In a first part, several innovative coupling codes strategies for the computation of the different heat transfer modes are proposed according to the convection boundary conditions and based on a system analysis. For reasonable computing times in the development process, a steady-state approach is used to solve the convective flow. In a second part, numerical models for the computation of the convective heat transfer mode are examined with test cases, in particular in view of mesh requirements and turbulence modeling, and verified in comparison with literature. In the third and last part, the co-simulation strategies are verified by means of two complex electronic systems, on the one hand a lead-acid battery situated in a spare-wheel cavity, on the other hand a sound amplifier assembled in cavity located between the engine compartment and the cabin. Finally, the efficiency and the reliability of both co-simulation strategies are discussed for implementation in the digital development process.