Book5 (1000295), страница 9

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

Текст из файла (страница 9)

на теплообменник. В конструкциях РЭС с естественным воздушным охлаждением функции теплообменника выполняет корпус или элементы конструкции с развитой поверхностью (радиаторы). Включение теплового разъема создает непрерывную кондуктивную цепь теплопередачи «источник тепла — теп л о отводящая шина — тепловой разъем — корпус». Однако все разработанные и применяемые в конструкциях РЭС тепловые разъемы имеют недостатки: сложность конструкции, неудобство в эксплуатации, низкая производственная технологичность и др. Следует также иметь в виду, что использование тепловых разъемов ведет к ухудшению массогабаритных показателей конструкций РЭС.

216

Тепловые разъемы принято классифицировать по типу рабочего
элемента, замыкающего цепь теплопередачи от функциональной ячей-
ки 1 к теплообменнику 2 (рис. 5.33); рабочими элементами тепловых
разъемов служат ребро, паз, цилиндр, конус, клин и плоскость.

Рис. 5.33. Конструкция тепловых разъемов с рабочими элементами:
а — ребро; б — паз; в — цилиндр; г — корпус; д — клин; е — плоскость

Величина теплового сопротивления в разъеме определяется пло-
щадью поверхности теплопередачи (рис. 5.33, а), повышением точно-
сти соединения (рис. 5.33, б, в) и усилием сжатия поверхностей (рис.
5.33. г. д. е).

Пример реализации кондуктивной цепи теплопередачи в конструкции РЭС дан на рис. 5.34. На печатной плате 5 с двух сторон установлены теплоотводящие шины 4, на которых закреплены корпуса интегральных микросхем 3.Теплоотводящие шины соединены с ребристым тепловым разъемом 2. В ответной части разъема
предусмотрен канал 1 системы принудительного жидкостного охлаждения .Конструкция обладает низким тепловым сопротивлением по всей плате (0.3…0.45К/Вт) и обеспечивает возможность оператив

ной замены ячеек в устройствах.

Рис. 5.34. Конструкция ФЯ
с тепловым разъемом

217

5.4.3. Основы расчета радиаторов

В кондуктивных системах охлаждения функции теплообменников с
окружающей средой часто выполняют радиаторы — элементы системы
охлаждения с развитой поверхностью теплообмена. Поверхность теп-
лообмена радиаторов увеличивается за счет их оребрения. С поверхно-
сти ребер тепловой поток передается в окружающее пространство кон-
векцией и излучением. При этом величина теплового потока определя-
ется выражением

P =_ K_PS_PK(t-t_C),

где (_. — коэффициент теплопередачи; К_P — коэффициент эффективности ребра; S_р — площадь поверхности радиатора; t — среднеповерхностная температура радиатора; t _c — температура окружающей среды.

Эквивалентный коэффициент теплопередачи _. обусловлен кондуктивной теплопередачей через слой краски или покрытия на поверхности радиатора, а также конвективной теплопередачей и излучением с поверхности. Таким образом,

_.=1/(1/(_K +_Л)+_П/λ_П),

где а _к, а _л — коэффициенты теплопередачи конвекцией и излучением; λ_п — коэффициент теплопроводности покрытия; δ_п — толщина

покрытия.

Коэффициент эффективности ребра
характеризует температурный перепад по
высоте ребра h(рис. 5.35):

K_p = th(mh)/(mh),

где т = Va U/KF — параметр, характеризующий форму ребра (α =α_к + α _л , U

— периметр сечения ребра, λ — коэффициент теплопроводности материала ребра, F —площадь поперечного сечения ребра).

Если на поверхности нет оребрения,
то коэффициент эффективности ребра

Рис. 5.35. Ребристый радиатор
воздушного охлаждения

K_P=1

Конвективный коэффициент тепло-
передачи a _K определяется по критери-

218

алышм уравнениям (5.4) и (5.5). При этом характерный размер конст-
рукции радиатора L=b/2 , где b — расстояние между ребрами.

Для пластинчатого радиатора с вертикально ориентированными ре-
брами критерий Нуссельта рассчитывается по формулам:

при GrL/D<7

Nu = 0,64+ 0,023GrL/D при 7≤GrL/D<20;
Nu = 0,5(GrL/D) при GrL/D≥20,

где D — длина ребра радиатора (см. рис. 5.35).

Коэффициент теплопередачи излучением α_л находят по форму-
лам (5.33), (5.34) и (5.36).

Расчет радиаторов заключается в определении параметров конст-
рукции при заданном перегреве поверхности (проектный расчет) или в
определении перегрева поверхности при известных геометрических
размерах радиатора (поверочный расчет). Задача решается методом по-
следовательных приближений.

5.5. Тепловые режимы конструкций РЭС
с естественным воздушным охлаждением

Естественное воздушное охлаждение конструкций РЭС является
наиболее простым, надежным и дешевым способом охлаждения и осу-
ществляется без дополнительной затраты энергии. В конструкциях с
естественным воздушным охлаждением отсутствует конструктивная
избыточность, поскольку функции элементов системы охлаждения вы-
полняют элементы, образующие структуру конструкции. Однако эф-
фективность естественного воздушного охлаждения относительно
низка (см. табл. 5.7). Поэтому данный вид охлаждения может приме-
няться в конструкциях РЭС, работающих в облегченном тепловом ре-
жиме.

Передача тепла от конструкции окружающей среде осуществляется
конвекцией и излучением. Вывод тепла на корпус конструкции от внут-
ренних источников происходит за счет всех трех видов теплопередачи.

Различают две разновидности конструкций РЭС, в которых приме-
няется естественное воздушное охлаждение: конструкции с герметич-
ным для тепловых процессов кожухом и конструкции с перфорирован-
ным кожухом. Применительно к последним естественное воздушное
охлаждение называют естественной воздушной вентиляцией.

219

Процессы теплообмена конструкций с окружающей средой в значи-
тельной степени определяются их структурой. Поэтому все существую-
щие конструкции РЭС можно разделить на классы, для каждого из ко-
торых характерна тепловая модель и набор показателей, необходимых
для оценки теплового режима. Одним из признаков классификации мо-
жет служить структура нагретой зоны конструкции (расположение в
конструкции источников тепла). На основе этого признака произведена
классификация рассмотренных ниже конструкций РЭС.

5.5.1. Тепловое моделирование и расчет теплового режима
конструкций РЭС с источниками тепла, распределенными в объеме

К данному классу конструкций РЭС относятся конструкции блоков
книжного, веерного и разъемного типов. Общим для них является то,
что нагретая зона представляет собой объем, занимаемый собранными
в блок функциональными ячейками (ФЯ). Самая «горячая» точка кон-
струкций — центр нагретой зоны.

Схематическое изображение конструкции приведено на рис. 5.36, а.
Блок функциональных ячеек (нагретая зона) 1 размещен в корпусе 2 и
закреплен на корпусе с помощью установочных элементов (бобышек,
втулок, кронштейнов, угольников и др.) 3.

Рис. 5.36. Тепловая модель конструкции блока с объемной нагретой зоной:
а — схемотехническое изображение конструкции; б — тепловая схема

При построении тепловой модели принимаются следующие допу-
щения:

нагретая зона является однородным анизотропным телом;

источники тепла в нагретой зоне распределены равномерно;

поверхности нагретой зоны и корпуса — изотермические со средне-
поверхностными температурами t₃, t_{к вн}, t_кн соответственно.

Тепло от центра нагретой зоны с температурой t₃₀ теплопроводностью (эквивалентная тепловая проводимость σ₃) выводится на поверхность нагретой зоны.

220

С поверхности нагретой зоны посредством конвективной (σ_ЗК) и
лучевой (σ_ЗЛ3) теплопередачи через воздушные прослойки, теплопроводностью контакта «нагретая зона — установочные элементы» (σ_тк)и самих установочных элементов (σ_З.Г) тепло передается на внутреннюю поверхность корпуса. За счет теплопроводности стенок (σ _{с к} )тепло выводится на наружную поверхность корпуса,откуда конвекцией(α _{к к} ) и излучением (α_{к л}) переносится в окружающее пространство.

Тепловая схема, отражающая процесс теплообмена в конструкции, при-
ведена на рис. 5.36,6. Критериальной оценкой теплового режима конст-
рукций является температура в центре нагретой зоны t _З.О. Как следует из тепловой схемы рис. 5.36, б,

t_З.0=t_З+P/σ_З

t_К.ВН.= t_К.Н +P/σ_C.K.

t_К.Н =t_C+P/(σ_K.K+σ_К.Л.)

Здесь Р — тепловой поток, рассеиваемый конструкцией;

σ₃ — тепловая проводимость нагретой зоны от центра к ее поверх-
ности:

где λ_z — эквивалентный коэффициент теплопроводности нагретой зо-
ны по направлению z; l_x, l_y, l_z — приведенные геометрические раз-
меры нагретой зоны по соответствующим направлениям осей коорди-
нат; С — коэффициент формы нагретой зоны, определяемый по графи-
кам рис. 5.16;

σ _{3 к} — конвективно-кондуктивная тепловая проводимость между

нагретой зоной и внутренней стенкой корпуса:

где к _п — поправочный коэффициент на конвективный теплообмен в
условиях ограниченного пространства; λ, _В — коэффициент теплопро-

221

водности воздуха для среднего значения температуры воздуха в про-
слойке; l_СР — среднее расстояние между нагретой зоной и кожухом;

S ₃ — площадь поверхности нагретой зоны; S _{к вн} — площадь внутрен-
ней поверхности корпуса;

σ _{3 л} — тепловая проводимость теплопередачи от нагретой зоны к

внутренней стенке корпуса излучением:

где α _л — коэффициент теплопередачи излучением; σ _{т к} — тепловая

проводимость контакта между нагретой зоной и установочными эле-
ментами;

Характеристики

Список файлов книги