Finite Element Heat Transfer Analysis of a Satellite Computer
2025 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Finita-element-analys av värmeledning i en satellitdator (Swedish)
Abstract [en]
In this thesis, an FE model for heat transfer analysis of the of a satellite computer has been constructed. Comparisons have been made between the simulations and real world test data acquired by Thermal Vacuum Chamber Testing data of assembled computers. By deeming the simulation results acceptably accurate, the FE model was used to explore the cooling structure design space. A design replacing parts of the aluminium structure found in the original design with a simplified model of a so called copper strap together with novel thermal interfacing materials has been simulated. The simulations show that there are gains to be found in replacing the solid structure with better performing designs. In addition to trialing new designs, the parameter sensitivity of the FE model has been studied by varying certain heat transfer parameters showing that the contact resistance in the thermal interface material impacts the heat transfer performance in the simulation more than the other parameters studied. The findings in the simulation work have been condensed into best practices and guidelines for satellite computers of similar form factor as well as suggestions for future designs attempted by the company.
Abstract [sv]
I det här arbetet har en Finita Element-modell (FE-modell) för värmeledningsanalys av en satellitdator har konstruerats. För att verifiera modellens tillförlitlighet testresultat från tester på satellitdatorer utförd i termisk vakuumkammare jämförts med FE-modellens simuleringsresultat. Då tillförlitligheten i FE-modellen är verifierad, har förändringar i den ursprungliga designen gjorts för att öka kylprestandan. Förändringarna av designen är materialbyte till ett material med högre värmeledningsförmåga och en flexibel koppar-komponent. Förändringarna har implementerats i modellen och testats genom simulering. Simuleringsresultaten med de utförda förändringarna indikerar ökad termisk prestanda för datorn jämfört med ursprunglig design. För att utforska olika ingående paramterars påverkan på simuleringsresultaten har en känslighetsstudie utförts, som visar att prestandan på de "termiskt bryggande" kylkuddar som används genomgående i datorn har störst inverkan på resultaten. Denna studie i värmeledningsprestandan för satellitdatorn och dess slutsatser har sammanställts i form av riktlinjer för design av kylstrukturer i satellitdatorer och designförslag för utformning av satellitdatorer.
Place, publisher, year, edition, pages
2025.
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2025:047
Keywords [en]
FEM, FEA, FE, Heat Transfer, Satellites, Edge Computing, Cloud Computing, COMSOL
Keywords [sv]
FEM, FEA, FE, Värmeledning, Satelliter, Satellit, Cloud
National Category
Vehicle and Aerospace Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-363266OAI: oai:DiVA.org:kth-363266DiVA, id: diva2:1957458
External cooperation
UNIBAP
Subject / course
Lightweight Structures
Educational program
Master of Science - Aerospace Engineering
Supervisors
Examiners
2025-05-092025-05-092025-05-09Bibliographically approved