Целью исследования является проверка способности системы термостатирования тепловизора поддерживать требуемый температурный режим внутри корпуса. Используя методы численного моделирования, реализованные в программной системе ANSYS Icepak, определяются пространственные поля температуры внутри прибора.
Целью теплового расчета является проверка работоспособности текущей системы термостабилизации и разработка рекомендаций по выработке технических решений для обеспечения термостатирования внутреннего пространства тепловизора.
Тепловизор — устройство для наблюдения за распределением температуры исследуемой поверхности. Распределение температуры отображается на дисплее как цветная картинка, где разным температурам соответствуют разные цвета. Тепловизоры применяются с 30-х годов ХХ века и могут иметь как гражданское, так и военное назначение. В последнем случае к технике предъявляются строгие требования по стойкости прибора ко внешним воздействиям любого рода: механическим, температурным, ионизирующим и т.д.
Рассмотренная модель тепловизора представляет собой металлический корпус, внутри которого расположены компоненты прибора: камеры, источники питания, система автоматического управления, система термостабилизации. Для данного устройства предъявляются требования в соответствии с группой исполнения 1.10 по ГОСТ РВ 20.39.304-98. Данная группа эксплуатации устанавливает требования к технике, которая должна функционировать в условиях открытой местности.
Для обеспечения работоспособности прибора заказчиком спроектирована система термостабилизации, которая включает в себя 4 блока, в каждом из которых сгруппированы 7 термоэлектриков. Для увеличения площади теплоотдачи на термоэлектриках закреплен игольчато-штырьевой радиатор.
Расчет теплового состояния прибора проведен в стационарной постановке. Внешние условия приняты в соответствии с требованиями для группы эксплуатации 1.10 ГОСТ РВ 20.39.304-98: +65 °С. Система термостабилизации должна обеспечить температуру внутри прибора не более +40 °С.
Результатом решения является пространственное распределение температуры внутри прибора. По результатам выполненного численного моделирования определено, что выполнение требований не обеспечено, отсутствует равномерность температурного поля, система термостабилизации не справляется с поставленной задачей.
В качестве технического решения предложено существенно модифицировать систему термостабилизации. Новая конструкция системы термостабилизации представляет собой камеру с медным змеевиком, внутри которого прокачивается хладагент температурой не более 10 °С. Для увеличения площади теплообмена предлагается пропустить змеевик через алюминиевые соты. Для повышения интенсивности теплобмена через камеру прокачивается воздух, забор которого осуществляется изнутри прибора. Охлажденный воздух поступает вовнутрь прибора, тем самым обеспечивая принудительную циркуляцию воздуха.
В результате моделирования новой системы термостабилизации определено, что воздух, прошедший через камеру, охлаждается до требуемых +40 °С. По результатам моделирования техническое предложение передано заказчику для практической реализации.