Book5 (1000295), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

или в конечных приращениях

где A_i . коэффициент влияния параметрах x_0i на показатель теплового
режима; Δt_0i— приращение показателя теплового режима, обусловленное изменением параметра x_0i

Новое значение показателя теплового режима можно представить в

При условии, что Δ t _0i /t₀ <<1

Ввиду того что t₀ + Δt_0i=t_i,— показатель теплового режима при
изменении параметра х_0i ,а отношение t_i/t₀=K_i — парциальный ко-
эффициент показателя,

Так как одним из основных показателей теплового режима является
температурный перегрев, используемое в коэффициентном методе
расчетное соотношение записывается в виде

Начальное значение перегрева Δt₀ определяют по тепловой харак-
теристике для типовой конструкции. Тепловая характеристика строится в координатах Δt , поверхностная плотность теплового потока P_s =Р /S, где S — площадь поверхности теплообмена.

Значения коэффициентов K_i обычно даются в виде графиков зави-
симостей от того или иного определяющего параметра.

На рис. 5.24 приведены графики для определения коэффициентов
площади поверхности теплообмена конструкции K_s (а), степени черно-

205

Рис. 5.24. Графики для определения коэффициентов (а, б, в)
и тепловая характеристика типовой конструкции (г)

ты поверхности К_ε (б), давления окружающей среды К_н (в) и тепловая

характеристика типовой конструкции.

При использовании коэффициентного метода следует иметь в виду,
что область его применения ограничивается тем классом конструкций,
для которых определены коэффициенты.

Пример 5.5. Определить температуру корпуса блока РЭС, имеюще-
го размеры 0,176x0,095x0,072 м, при тепловом потоке Р = 16 Вт, давле-
нии окружающей среды Н = 760 мм рт. ст. и температуре окружающей
среды t _с = 20 ˚С. Корпус окрашен эмалевой краской ε _к = 0,92.

Площадь поверхности корпуса

S_К = 2(0,176• 0,095+0,176•0,072+0,095•0,072) = 0,0724 м².

206

Плотность теплового потока

P_S = P/S_K= 16/0,0724= 221 Вт/м ².

По тепловой характеристике рис. 5.24, г находим Δt₀ = 21,9 °С. Из
графиков (рис. 5.24, а, б, в) определяем K_S = 0,93, К_ε = 1.0, K_H=1.0.
Перегрев поверхности корпуса

Δt_K = Δt₀K_SK_εK_H=21,9•0,93• 1,0•1,0 = 20,4˚C.

Среднеповерхностная температура корпуса

t_K = t_c + Δt_k = 20 + 20.4=40.4°C.

5.3. Системы охлаждения конструкций РЭС

5.3.1. Классификация и эффективность систем охлаждения

Системой охлаждения называется совокупность устройств и конст-
руктивных элементов, используемых для уменьшения локальных и об-
щих перегревов.

Системы охлаждения принято классифицировать по способу пере-
дачи тепла, виду теплоносителя и характеру контакта теплоносителя и
источника тепла.

В зависимости от способа передачи тепла и вида теплоносителя си-
стемы охлаждения подразделяются на кондуктивные, воздушные, жид-
костные, испарительные, комбинированные.

В зависимости от характера контакта теплоносителя и источника
тепла'различают системы охлаждения прямого и косвенного действия.

Кроме того, все системы охлаждения принято делить на системы
общего и локального назначения, с замкнутым (теплоноситель цирку-
лирует в системе охлаждения) и разомкнутым (теплоноситель выбра-
сывается из системы охлаждения) циклами.

Воздушные системы охлаждения, в свою очередь, подразделяются
на системы естественного воздушного охлаждения, системы охлажде-
ния с естественной вентиляцией и системы принудительного воздуш-
ного охлаждения.

Жидкостные и испарительные системы охлаждения также делятся
на системы естественного жидкостного (испарительного) охлаждения
и системы принудительного жидкостного (испарительного) охлаждения.

Особый класс представляют собой системы охлаждения, основан-
ные на использовании эффекта Пельтье.

207

Эффективность систем охлаждения может быть оценена поверхно-
стной плотностью теплового потока, уносимого теплоносителем из
РЭС.

Для различных систем охлаждения плотность теплового потока ха-
рактеризуется величинами, представленными в табл. 5.7.

Таблица 5.7

5.3.2. Выбор способа охлаждения на ранних стадиях разработки

Ввиду того что способ (система) охлаждения в значительной мере
определяет структуру конструкции РЭС, уже на ранних стадиях разра-
ботки важно правильно выбрать способ охлаждения. Выбранный спо-
соб охлаждения должен обеспечить нормальный тепловой режим кон-
струкции РЭС.

Если в выборе способа охлаждения будет допущена ошибка, то труд
большого коллектива разработчиков окажется напрасным, а сроки раз-
работки конструкции и ее стоимость существенно возрастут. Посколь-
ку на ранних стадиях разработчики располагают минимальной инфор-
мацией о конструкции, то становится очевидной ответственность и од-
новременно сложность задачи выбора системы охлаждения.

Начальное представление о способе охлаждения можно составить
по данным табл. 5.7. Однако при решении практических задач выбор
системы охлаждения производится по графикам рис. 5.25, которые ог-
раничивают области целесообразности применения того или иного
способа охлаждения. Эти области построены по результатам обработки
статистических данных о показателях тепловых режимов реальных кон-
струкций РЭС, расчетов показателей тепловых режимов по тепловым
моделям и экспериментальных данных, полученных на макетах.

Исходными данными для выбора системы охлаждения служат:

тепловой поток Р, рассеиваемый конструкцией;

диапазоны возможного изменения температуры окружающей среды

t _{с min} ….t _{с mах}
пределы изменения давления окружающей среды Н_тах.. • H_min;

допустимые рабочие температуры элементов t _эi;

208

Рис. 5.25. Диаграмма выбора системы охлаждения
геометрические размеры корпуса конструкции L_X , L_Y , L_Z , :

коэффициент заполнения объема конструкции k _З;

время непрерывной работы конструкции τ.

Перечисленные исходные данные, за исключением коэффициента
заполнения конструкции, обычно указываются в техническом задании
на разработку и известны. Коэффициент заполнения может быть вы-
бран на основе опыта конструирования подобных РЭС.

Поскольку графики рис. 5.25 справедливы лишь для стационарного
режима, то необходимо знание времени непрерывной работы для опре-
деления режима.

Пределы изменения давления окружающей среды задают условия,
при которых тепловой режим является наиболее тяжелым.

Основным показателем, определяющим области целесообразного
применения способа охлаждения на рис. 5.25, служит плотность тепло-
вого потока

P_S=PK_H/S_K

где K_H— коэффициент, учитывающий давление окружающей среды;
S_K=2[L_XL_Y+(L_X+L_Y)L_ZK₃]—площадь поверхности теплообмена.

Вторым показателем является допустимый перегрев в конструкции

Δt_доп = t_{Э min}-t_C

где t_{Э min} — допустимая рабочая температура наименее теплостойкого
радиоэлемента; t _c — температура окружающей среды.

209

Для естественного воздушного охлаждения t _с = t _{с шах}, т.е. соответ-
ствует максимальной температуре окружающей среда, заданной в ТЗ.
Для принудительного охлаждения t _с = t_ВХ, т.е. соответствует темпера-
туре воздуха (жидкости) на входе системы охлаждения.

Значения Р_S и Δt являются координатами точки, попадающей в одну из областей на рис. 5.25, каждой из которых соответствует один или
несколько способов охлаждения.

Незаштрихованные области на рис. 5.25 относятся к следующим
способам охлаждения: 1 — естественное воздушное, 3 — принудитель-
ное воздушное, 5 — принудительное жидкостное, 9 — принудительное
испарительное.

Заштрихованные области допускают использование нескольких
• способов охлаждения: 2 — естественное и принудительное воздушное,
4 — принудительное воздушное и жидкостное, 6 — принудительное
жидкостное и естественное испарительное, 7 — принудительное жид-
костное, принудительное и естественное испарительное, 8 — естест-
венное и принудительное испарительное.

Графики на рис. 5.25, соответствующие Δt> 100°С, используются
для выбора способа охлаждения больших элементов (трансформато-
ров, дросселей, транзисторов на радиаторах и т.п.), поскольку допусти-
мые температуры их поверхностей относительно высоки. Нижняя часть
диаграммы применяется для выбора способа охлаждения блоков и уст-
ройств РЭС.

Если показатели Р _Sи Δt _доп для конкретной РЭА (ЭДЭА) попадают в

незаштрихованные области рис. 5.25, то способ охлаждения определяется однозначно.

Для заштрихованных областей, где возможно использование двух или
трех различных способов охлаждения, задача выбора того или иного спо-
соба усложняется. Чтобы найти правильное решение, необходимо вос-
пользоваться вероятностными кривыми, которые связывают показатели
Р _S , Δt _ДОП и вероятности обеспечения заданного теплового режима при

различных условиях теплообмена. Для области 2 (воздушное охлажде-
ние) вспомогательные вероятностные графики приведены в [61].

Если геометрические размеры конструкции не заданы, то площадь
поверхности теплообмена можно найти приближенно, используя све-
дения об элементной базе конструкции и коэффициенты дезинтегра-
ции массы или объема. Задача сводится к ориентировочному определе-
нию объема конструкции, через который вычисляется площадь поверх-
ности. Один из возможных путей решения задачи состоит в следую-
щем: через массу радиоэлементов m _эл и коэффициент дезинтеграции

210

массы находят массу конструкции т_K =q_m•m_ЭЛ затем определяют
объем конструкции V_K = m _K /m ₀, где m ₀ — плотность конструкции, и

площадь поверхности корпуса S_K=6(V_K)^2/3 . Если известны данные о
суммарном установочном объеме радиоэлементов V_ЭЛ, то объем конст-
рукции V_K = q _VV_эл, где q _v— коэффициент дезинтеграции объема.

5.4. Особенности конструкций РЭС
с кондуктивными системами охлаждения

Кондуктивные системы охлаждения основаны на контактном спосо-
бе передачи тепла за счет теплопроводности элементов конструкции.

Структурная схема цепи теплопередачи в кондуктивной системе ох-
лаждения приведена на рис. 5.26. Тепло, выделяемое источником, че-
рез неразъемный тепловой контакт передается на теплоотвод (тепло-
вую шину), с которой через тепловой разъем поступает на тепловой
сток.

Характеристики

Список файлов книги