Тепловой режим кассетных аппаратов
Лекция 34. Тепловой режим кассетных аппаратов
Различные тепловые модели аппаратов, нагретая зона которых образована совокупностью печатных плат (кассет) можно разделить на три группы, учитывая при этом основной механизм переноса тепла.
Группа А.
Между нагретой зоной и герметичным корпусом имеются зазоры; сквозная циркуляция газа между платами отсутствует. Основные механизмы переноса тепла от центральных частей нагретой зоны к её периферии – кондукция через твёрдые части конструкции, а также кондукция и излучение в газовых зазорах между ними. В зазорах между нагретой зоной и корпусом, заполненных воздухом, развивается конвекция. Иногда эти зазоры, а также пространство между платами могут быть залиты компаундом для увеличения вибростойкости конструкции.
К группе А можно отнести все аппараты, нагретая зона которых образована совокупностью горизонтально ориентированных плат. К этой же группе относятся аппараты с нагретой зоной, составленной из вертикально ориентированных плат, если выполнено хотя бы одно из следующих условий: толщина среднего зазора между поверхностью деталей и соседней платой не превышает 2-3 мм, отсутствует гравитация, давление внутри аппарата менее 10 мм.рт.ст.
Группа Б.
Сюда относятся все аппараты, нагретая зона которых образована системой вертикально ориентированных печатных плат. При этом предполагается, что существует гравитация, средний поперечный зазор между поверхностями деталей и соседней платой превышает 2-3 мм, давление газа внутри аппарата более 10 мм.рт.ст. В зазорах между платами, а также между нагретой зоной и герметичным либо перфорированным корпусом – теплообмен за счёт конвекции. Наряду с этим теплопередача в аппарате осуществляется излучением через зазоры и кондукцией по твёрдым частям конструкции нагретой зоны.
 |
Рекомендуемые материалы
Рис.5.22. Пример аппарата группы Б.
Группа В.
Между нагретой зоной и корпусом отсутствует зазор, при этом роль корпуса могут выполнять рамки, полностью или частично охватывающие каждую плату, либо специальный корпус. Перенос тепла от центральных частей нагретой зоны к её поверхности осуществляется кондукцией по твёрдым частям системы и излучением через воздушные прослойки. Для увеличения теплопередачи кондукцией внутри нагретой зоны часто располагают металлические шины. С поверхностей нагретой зоны отвод тепла осуществляется различными способами, например к жидкости, протекающей по разным каналам.
Приближённый расчёт для группы Б.
При анализе температурного поля нагретой зоны примем следующие допущения и ограничения:
1. Нагретая зона состоит из плоских пластин с гладкими поверхностями. Между пластинами имеются каналы, в которых протекают воздушные потоки.
2. Пластины имеют одинаковые размеры (Lx, Lz, d) и разделены вертикальными каналами одинаковой ширины b (рис.4.22.б). При этом d<<Lx, Lz; b<<Lx, Lz.
3. Источники тепла распределены по всем пластинам равномерно.
4. Между нагретой зоной и корпусом имеются периферийные зазоры, толщина которых не меньше ширины каналов между платами.
5. Характер потоков воздуха во всех каналах ламинарный и полностью стабилизирован по длине.
6. Кондуктивные связи плат с корпусом через монтажные элементы конструкции незначительны и их можно не учитывать.
Эффективная толщина печатной платы может быть найдена из условия равенства объёмов реальной платы с функциональными узлами или радиодеталями и эффективной платы, т.е.
, (5.72)
где Vg – объём всех деталей, расположенных на плате. При этом эффективная ширина канала между двумя соседними пластинами
. (5.73)
Представим тепловую проводимость sзв в виде суммы двух проводимостей sзв =sзв1 + sзв2, где sзв1 – тепловая проводимость между внутренними поверхностями плат и воздухом; sзв2 – тепловая проводимость между всеми внешними поверхностями нагретой зоны и воздухом.
Площадь внутренних поверхностей нагретой зоны равна Sзв1= 2(N - 1)Lx Lz.
Площадь наружной поверхности нагретой зоны равна Sзв2=2LxLz+2Ndэф(Lx+Lz).
Конвективный коэффициент теплообмена aкв при расчёте sкв определим приближённо, полагая, что aкв=aзв2. Площадь поверхности излучающей нагретой зоны равна Sзл=2Ly Lz + 2Lx(Ly + Lz), где Ly=Nbэф + (N-1)dэф. Остальные коэффициенты находим по уже известным формулам.
В результате получаем
[Вт/м2град],
тогда
(5.74)
Расчёты по формулам не требуют использования метода последовательных приближений и приводят к результатам, удовлетворительно согласующимся с результатами опытов.
Для улучшения теплового режима аппарата применяют теплостоки, которые, однако, при этом увеличивают общий вес и возникают дополнительные технологические сложности, вызванные их установкой. Оценим эффективность различных кондуктивных теплостоков по степени неравномерности температурного поля объекта.
Неравномерность температурного поля макета будет характеризовать коэффициент 
, где ts и tmax – средние поверхностные температуры объекта. Кроме этого учтём максимальный перегрев объекта nmax=tmax –tc .
| Теплосток | 1 2 3 4 5 6 |
| nmax b | 31,2 29,7 27,8 29,5 36,0 45,8 0,64 0,67 0,71 0,67 0,55 0,44 |
При этом рассмотрим различные теплостоки:
Рекомендация для Вас - 3 Свободные колебания системы с учетом сил сопротивления движению.
1. проложенная между рамками фольга медная толщиной 0,05 мм;
2. проложенная между рамками фольга медная толщиной 0,1 мм;
3. дюралюминиевые листы толщиной 1 мм;
4. медная фольга толщиной 0,05 мм, наклеенная с помощью клея БФ-2 на поверхность ИС;
5. медные шины 2х4 мм, проложенные между рядами ИС и скреплённые винтами с рамками;
6. Теплосток отсутствует. 
