Overview Limited является английской компанией, расположенной в Лондоне, которая специализируется на разработке и производстве корпусов для камер видеонаблюдения (CCTV (closed circuit television) саmera dome) и связанными с ними технологиями. История применения САЕ технологии в этой компания весьма обычна: от использования для конструирования и производства конструкторских CAD пакетов и конечно-элементный анализ для расчета тепловых потоков к первому внедрению CFD.

​

Для видеокамер внешнее и внутреннее тепловыделение имеит колоссальное значение. Большое количество компонент с большим энергопотреблением собраны в маленьком герметичном объеме, не допускающем попадания воды. Этот небольшой герметичный объем в процессе эксплуатация оказывается в экстремальных внешних условиях: от длинных жарких дней летом до холодных зим с ветром, снегом и дождями.

​

Для любых электрических деталей температура является лимитирующим фактором и без правильных вентиляции и охлаждении сбои в работе неизбежны. В этом суть проблемы. Вследствие герметичности окружающий воздух не может быть использован для охлаждения. Все расширяющийся продуктовый ряд компании Overview, применение больших камер и более мощных моторов усугубляет тепловые нагрузки./p>

Первые шаги на пути к CFD.

​

Наряду с многими компаниями, начинающих применять CFD в их процессе разработки и конструирования, менеджеры и инженеры компании Overview хотели быть уверены в применимости и точности технологии. Несмотря на то, что преимущества CFD кажутся очевидными для опытных инженеров больших компаний, для маленьких компаний относительно высокая цена программного обеспечения (в сравнении например с СAD пакетами) должна быть обоснована и оправдана.

​

После интенсивных оценок для исследования был выбран пакет STAR-CCM+. Мы успешно проверили пакет на ряде простых комплектующих, что придало нам, инженерам Overview, уверенности в точности кода и помогло нам выбрать лучшие модели, которые нужно обсчитать в будущем. Основная мысль наших действий была в том, чтобы начать с простых расчетов, а затем постепенно наращивать их сложность для моделирования и проверки системы в целом. Первоначальные расчеты включали:

• Моделирование стока тепла (heat sink) для проверки достоверности перепада давления и процессов передачи тепла.

• Измерение нагревания и охлаждения отдельных компонентов в упрощенном корпусе.

 

Для каждого из первоначальных тестов были собраны экспериментальные данные и проведено сравнение. Было получено хорошее совпадение результатов. Поскольку у персонала появилась уверенность в достоверности получаемых результатов, диапазон проводимых расчетов был расширен до более сложных ситуаций.

​

Возрастание сложности.

​

После того, как основные проверки закончились, CFD анализ начал применяться для новейшей разработки компании - the Sparkle dome. Этот новый корпус видеокамеры является наиболее сложным продуктом и применение CFD в процессе конструирования должно было стать ключевым элементом для выбора конструкции.

​

Внутри относительно небольшого замкнутого пространства расположены шаговый электродвигатель для камеры, сама камера и вся электроника управления, которые в совокупности выделяют значительное количество тепла, приводящее к проблемам с работоспособностью компонент и уменьшением времени жизни прибора. Первые прикидки конструкции Sparkle dome показали, что клей, используемый для сборки, применим только до определенных температур, то есть необходимо было определить тепловые условия в области применения клея.

​

Первым шагом в процессе численного анализа было построение приемлемой геометрии для изучения. Это включало упрощение первоначальной CAD конфигурации до уровня, когда время расчета уменьшалось до разумных пределов без существенной потери точности. По завершении этого модель была импортирована и создана сеточная модель в STAR-CCM+ использующая многогранные ячейки, которые, как нам кажется, являются наилучшим компромиссом между точностью и экономией времени на расчеты. Результаты расчета показали наличие «горячего пятна» в корпусе, где температура для применения клея была превышена. Одновременно CFD-моделирование показало значение пиковых температур, что позволило выбрать клеящее вещество, работающее в нужном температурном диапазоне и устранить проблему.

​

Моделирование излучения.

​

Ключевой ступенью при конструировании видеокамер было изучение влияния внешней среды камеры и того, как эти условия влияют на электронику внутри корпуса. Одним из ключевых преимуществ STAR-CCM+ над другими рассматриваемыми кодами стала возможность моделирования солнечного излучения. Поскольку камера обычно расположена вне помещения она подвержена воздействию прямого солнечного излучения жарким летом, что ведет к нагреванию системы в целом.