Л1-Савельев, Овчинников - Конструирование ЭВМ и систем - 1984 год, страница 23

Тепловая энергия (Вт), передаваемая излучением от поверхности тела 3' с температурой О, и площадью 51 к поверхности тела ! с темпера- ыв турой 03 и площадью 57, на основании того же закона: Ф<,; -- кар<,! Со <р;,3 5<[(Оь<! 00)4 — (О! !00)а), (6. 46) Материал тела н состоннве ооверлностн а. к Материал тела в 33 н состовнве оовертностн Алюннннй полированный Алюминий сильно окнсленный Дюралюминий ;1-16 Мель шлифованнаяя Краски наале. вые 323 — 773 323 — 7713 323 623 0,04 — 0,0 0,2 — 0,3 0,37 — 0,43 Лак черный ыа тоаый Муар серый, черный Краска алюнннненая Картон, бумага, ткань З<З вЂ” 373 0,96 — О,98 0,89 — О, 90 293 373 0,28 0,03 293 †5 0,93 293--373 и взаимной ориентации тел.

Приведенная степень черно~ы ен; ! является функцией степени черн<хгы тел ! и ! (е; и е!) и коэффициента <р; !. Рассмотрим формулы для определении коэффициентов <р; ! и ен„; ! для следующих случаев. Для теплообмена между неограниченными плоскопараллельиыми поверхностями коэффициенты облученности <р, а <(„, =- 1, а приведенная степень черноты нан. з ! (! р, + 1,е,— -1), (6.40) где е, и е, степень черноты тел ! н 2.

Для теплообмеиа между телом и охватывающей его оболочкой <рис. 6.6) '33 з 1,' Чтл 5<5з <де 5, и 5, площади поверхности те;3 ! и 2. 3'6. 50) $41 где е„„;„— приведенная степень черноты тел 3' и 1; <р, ! — коэффициент облученности, показывающий, какая часть тепловой энергии, излучаемой телом 3, попадает на тело Д О; и О! — абсолютная температура тел 3'И!. Зависимость (6.46) можно 2 представить в виде е Феи == ал< ! (О; — О!) 53. (6.47) Дай Ф ~/ Коэффициент теплообмена изтл лучением между телами 3 и !' <р 1,5 67 Рис. 6.6.

Тенлообмен излучением между телом 1 н охватывающей его оболочкой 2 х10 а(Оа — Оз),'(О<--О!). (6.48) Коэффициент е зависит от материала излучающего тела и состояния его поверхности (для некоторых материалов значения е даны в табл. 6.5). Коэффициент облученности <р<, зависит от размеров, формы Таблнва 65 Приведенная степень черноты ели!,з = 1'П!е! + Чз,! (1!аз — 1)) (6.51) Вышеприведенные соотношения используются при расчете тепловых режимов конструкций и узлов ЭВМ. $ б.з. ПРИНЦИПЫ СУПЕРПОЗИЦИИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ И МЕСТНОГО ВЛИЯНИЯ Принцип суперпозиция температурных полей. Конструкция ЭВМ представляет собой систему многих тел, являющихся источниками или стоками тепловой энергии.

Возникает задача определения температуры каждого тела (элемента конструкции), находящегося во взаимномтепловом обмене с другими телами и окружающей средой. Система Г[1 ф„ тел, находящихся во взаимном теплообмене, Ф Г„„схематично изображена на рис. 6.7. Перег- рев изотермической поверхности 1 тепловым Гбк ф потоком, передаваемым от изотермической по- верхности 1, определяется по формуле (6.1): е'"! М!ч! =.

О; — О, .--. г! !Фо Если мощности источников н стоков тепРис. о.7. Система тел, иа- лозой энергии и тепловые коэффициенты не холин!ихси во взаимном от температуры, то в соответствии теплообмеис зависят с принципом суперпозицни суммарный наведенный перегрев тела 1' из-за теплообмена с остальными телами можно найти как алгебраическую сумму каждого перегрева: а т м„,= ° гьТФ,.—,з Е„, Ф„, (6.52) ! з=! ! з-"-. ! где и н т — число элеме!Пов конструкции, являющихся источниками и стоками тепловой энергии для тела).

Учитывая температуру окружающей среды Ос и собственный перегрев тела (6.53) ЛО1,1 =- Фзгь1, получим окончательное выражение для определения температуры О,=-О, + ~ Г,ТФ! — м Г„,,Ф,. (6.54) ! 1 а=! и Р !' Принципсуперпозиции температурных полей может быть применен и тогда, когда тепловые коэффициенты зависят от температуры.

В этом случае тепловые коэффициенты Г1; или тепловые сопротивления Р1,! необходимо определять при данной температуре, т. е. выражение (6.54) можно использовать при расистах, например по методу последователь- ных приближений. Принцип местного влияния. Этот принцип позволяет в ряде случаев значительно упростить задачу анализа пространственного распределения температурного поля. В работе (61 этот принцип сформулирован следующим образом: любое местное возмущение температурного поля является локальным и не распространяется на отдаленные участки поля.

Источники тепловой энергии в общем случае неравномерно распределены в объеме конструкции ЭВМ. Они могут иметь различные геометрические размеры или состоять из материалов, теплофизнческие свойства которых существенно различны. Если выделяемая источниками тепловая энергия одинакова, то на основании принципа местого влияния можно утверждать, что на некотором удалении от них каждый наводит одинаковый перегрев.

На границе элемента илн нескольких элементов нз разных материалов может резко изменяться температурный градиент, но на некотором расстоянии от границ неоднородности практически не влияют на температурное поле. Расстояние, на котором конфигурация тела не влияет на характер температурного поля, равно наибольшему размеру этого тела. На основании принципа местного влияния можно утверждать, что наведенный перегрев в некоторой точке конструкции практически не зависит от размеров н конфигурации источников н стоков тепловой энергии, если они удалены от этой точки на соответствующее расстояние.

Вблизи же от элементов температурное поле зависит от нх формы, размеров и характера распределения в ннх тепловой энергии. $ б.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТИПОВОЙ КОНСТРУКЦИИ ' Благодаря конструктивной унификации элементов ЭВМ типовые конструкции характеризуются регулярностью в одном, двух или трех направлениях. Метод определения тепловых сопротивлений и коэффициентов теплопроводности таких конструкций изложен в [61. В типовых конструкциях можно выделить некоторый элементарный объем (ячейку), повторяя который в соответствующих направлениях, получим исходную конструкцию. Такие конструкции можно считать анизотропнымн телами, имеющими неодинаковые коэффициенты теплопроводности по основным геометрическим направлениям, которые равны соответствующим коэффициентам элементарной ячейки.

Рассмотрим задачу определения тепловых сопротивлений пакета субблоков (рис. 6.8) в следующих предположениях: сквозная циркуляция воздуха между субблоками отсутствует, излучением тепловой энергии в зазорах можно пренебречь. Таким образом, тепловая энергия передается кондукцией в твердых телах (элементах конструкции субблока) и в воздушных зазорах. На рнс, 6.9. изображены основные части элементарной ячейки: часть платы субблока 1; зазор 2 между платой субблока и корпусом ИС, заполненный теплопроводящим материалом; корпус 3 ИС; воздушные 113 зазоры 4, б, б, 7. Схемы соединения тепловых сопротивлений частей элементарной ячейки в направлении осей х, у, х соответственно показаны на рис.

6.10. Результирующие значения тепловых сопротивлений (проводимостей) элементарной ячейки; пил:-а и>„+ п,„-(- 1/(Йг гт+ Йгл)+ 1,,'(Й,и + Й„а);1 пи„==о>р+и,„+1>(Й» ш>-,.Й>у)'г1!(Й»рос Йп>) (6.55) Йи,-- Й„+Й„+1>(1>(Й„+Й„)--, 'о„+и„+ п„,),1 где Йг л„гч> ш- Й»иглй,угн>г(Й»иг > + Й»и>н>) Рпс. 6.6. Пакет субблокоя Рас.

6.9. Элсмснтарная ячсйна па- кета субблоков На основании (6.8) тепловые сопротивления или проводимости (например, по оси х) элементарной ячейки и ее частей будут: Й,„- )М,Г()ЛЬ»ЬМ); Йаиаа)„().МЬМЬМ); Й..— (' — 1. И) а("л-1-ьм)(ьл — ьм))' и..=)'йгь, '1«. (6.56) Здесь >,я„-- эффективный коэффициент теплопроводности элементарной ячейки по оси х; )гш 'г,„Хм и >., — коэффициенты теплопроводности материала печатной платы, матерпала, заполцяющего зазор между платой Бу >г Б„ и корпусом ИС, корпу- Б са ИС и воздуха (геок>а > Я Р4 я метрические размеры яя Ба >у '4у бу Я бг элементарной ячейки и ее частей ясны из рис.

6.9) Так как эффективные коэффипиепты тепло>>роволнг>гти пакета ссбблоков по осям х, Рнс. 6.>(>. Сломы сослннсння гсплоаыл сопротнв лений частом элементарной ячейки 114 д, л равны соответствующим коэффициентам элементарной ячейки, то с учетом геометрических размеров пакета субблоков (рпс. 6.8) тепловые сопротивления Йио- Йалп,'(пуп,); Йи> - -Йа>п,'(плп,); Йил .