Model reduction for thermal management of high power electronic components for aerospace application - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Model reduction for thermal management of high power electronic components for aerospace application

Modèles thermiques réduits pour la gestion de composants électroniques haute puissance pour application aérospatiale

Résumé

In the transition to more electric aircraft, one of the technological locks is the overheating of electronic components, which affects deeply their reliability and their lifetimes. Therefore, it is necessary to control the temperature of the electronic components. This thesis aims to build two reduced thermal models to monitor in real time the temperature of electronic components. The difference between the direct reduced model (DROM) and the inverse reduced order model (IROM) lies in the input parameters and the mathematical formalism of their constructions. For the DROM, the input parameters are the boundary conditions. This model is developed in two stages. The first step is to build a reduced base representative of the solution by applying POD (Proper Orthogonal Decomposition) on a snapshots matrix. The snapshots matrix is obtained from the finite element model (FEM) solution. The second step is to calculate the coordinates of a new solution using the Galerkin projection of the FEM on the reduced basis. A DROM built with 10 modes decreases drastically the computational time and the obtained absolute error is less than 0.1 °C except during sudden power variations. For the IROM, the input parameters are the temperature of the sensors placed far from the electronic components. This model does not need to know the boundary conditions as the DROM. The first step is to build a reduced base that couples the temperature or electronic components and the temperature of sensors using the POD. The second step is to identify the coordinates of the electronic components temperature from the measurements using a minimization algorithm. The error of the IROM of order 3 does not exceed 0.6 °C except during sudden power variations.
Dans la transition vers l’avion plus électrique, un des verrous technologiques est l'échauffement des composants électroniques ce qui affecte fortement leurs fiabilités et leurs durées de vie. Par conséquence, il est nécessaire de contrôler la température des cartes électroniques. Cette thèse a pour objectif de construire deux modèles thermiques réduits permettant de suivre en temps réel la température des composants électroniques. La différence entre le modèle réduit directe (MRD) et le modèle réduit inverse (MRI) réside dans les paramètres d'entrée et le formalisme mathématique de leurs constructions. Pour le MRD, les paramètres d'entrées sont les conditions aux limites. Ce modèle est élaboré sur deux étapes. La première étape consiste à construire une base réduite représentative de la solution en appliquant la POD (Proper Orthogonal Decomposition) sur une matrice snapshots. La matrice snapshots regroupe la solution du modèle éléments finis (MEF). La deuxième étape consiste à calculer les coordonnées d'une nouvelle solution en utilisant la projection de Galerkin du MEF sur la base réduite. Un MRD construit avec 10 modes diminue considérablement le temps de calcul et réalise une erreur absolue inférieure à 0,1 °C en dehors des variations brusques de puissance. Pour le MRI, les paramètres d'entrées sont les températures des capteurs implantés loin des composants électroniques. Ce modèle n'a pas besoin de connaitre les conditions aux limites comme le MRD. La première étape consiste à construire une base réduite qui couple les températures dans les composants électroniques et dans les capteurs de températures en utilisant la POD. La deuxième étape consiste à identifier les coordonnées des températures des composants électroniques à partir des mesures en utilisant un algorithme de minimisation. L'erreur du MRI d'ordre 3 ne dépasse pas 0,6 °C en dehors des variations brusques de puissance.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)
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Dates et versions

tel-02900474 , version 1 (16-07-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02900474 , version 1

Citer

Hazem Ben Aissia. Model reduction for thermal management of high power electronic components for aerospace application. Thermics [physics.class-ph]. Université de Lyon, 2019. English. ⟨NNT : 2019LYSEI071⟩. ⟨tel-02900474⟩
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