Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры (1984) (1092053), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Главное требование к конструкции теплового соединителя заключается в необходимости иметь разъемный тепловой контакт с достаточно низким сопротивлением, сохраняющимся при повторных расчленениях и сочленениях. Хотя эта задача в принципе проще,чем при создании многовыводиых элсктрических соединителей, она до сих пор на уровне ти* Клей токопроаодяятий эпок«явный марки УП-6-20! ТУ6-06-241- 246-80.
196 Табжсаа 4-7 Предельные допустимые тепловые сопротивления транта ИС вЂ” бесконечный радиатор в кояструннии ГИМ при различной допустимой температуре на навесных элементах Тв, Повыся в- ввя тспговмружг ввость Во~соков Мьлья Температура бесконечного радиатора, 'С Мощность ГИМ Р, Вт Сопрагиалсине траьга прн Тгьс=- =бО С лт, К и, ЬТгР, К/Вт при Твь=70 С ЬТ, К Рь--ЛТ/Р, К/Вт 25 !5 !5 100 !О 45 17,5 0,45 4,5 55 5,5 55 0,55 /,'::.;;-';";:::,новой конструкции ие решена, зто еще предстоит сделать". Тепловое сопротивление вычисляется по геометрии ,;„";,'~,":!;'утеплостока и теплопроводности материала теплостока (табл.
„.~:-!':,:,,4-7):/!ге=1/(з7), К/Вт, где 1 — длина теплостока, м; з— ;-':::;;::::;-'площадь сечения теплостока, м'! 7.— теплопроводность ма'саьг'-.";::: териала теплостока, Вт/(м К). Измерение теплового сопро-'.;~я"',"",.';:,'ь,тнвления производят по температурному напору ЬТ, К, и '::.'-',-'~~;;.:"'мощности Р, Вт, отводимой при. этом напоре по теплосто,"ф!:,,:-,ку: К,=ЬТ/Р, К/Вт. Проведем количественную оценку предельных тепловых !1,."-ссопротивлений в зависимости от теплонагруженности стойки (шкафа). Возьмем типовой шкаф, в котором размеща«";;;-'".,г ется 250 ГИМ. Габаритный объем одного ГИМ Чумы=0,2зс, ',.~ф:;:: Х0,1Х0,02=4 10 ' м'.
Габаритный объем типового шкафа :~:;;-".„':::"(вмегцаюгцего указанное выше число ГИМ) в среднем око;::~~..':'ло 1',=0,5 мз. Например, унифицированный шкаф ПШЕ-5 -":~~~,;",:.„:::.;"Имеет габариты 0,58)<0,5ЗХ1,7 м и массу несущей конст' Барабаьч М. Б., Кайданав А. И., Янковский В. Н. Лпализ кан. ;*'!~~~Ъ.';,;~ йгрукторско-технологичесгсих и тепловых характеристик разъемных трп- "Ъ'' ",-"С ЕС~~,,'::.,ЛьаиЫХ СаЕДИПЕНИй ДЛЯ СнетЕМ ОХЛажДЕНИЯ ПЕРСПЕКтианай РЭЛ. — ВОП- расы радиоэлектроники. Тепловые расчеты и теплотехническое обаруДбванне, 1979, вып.
1 (33). !97 Таблица 4-8 теплонагруженность и максимальная мощность ГИМ при различной теплонагруженности стойки Внсокев й-бо Теплоивгпуж*:ияость стойки, Л1влвя кэттеее 1 Повмжт кея 1-В Максимальная теплонагруженность ГИМ, кВт1мв Суммарная максимальная мощность всех ГИМ. кВт Мансимальная мощность одного ГИМ, Вт 25 25,0 0,5 2,5 1О рукции 84 кг. Оп предназначен для естественного воздушного охлаждения при малой теплонагруженности, рассеиваемая мощность не превышает в этом режиме 0,4 кВт.
Шкаф таких же размеров, но оборудованный для принудительного воздушного охлаждения, рассеивает мощность 2,5 кВт. Отношение габаритного объема шкафа к суммарному габаритному объему, занимаемому собственно ГИМ, входящими в шкаф (Х ьггим =4 10-'250=0,1 м'), будет Ьо.. :Х(ггил1=5. В таком же соотношении находятся и значения теплонагруженности ГИМ и шкафа (табл. 4-8).
Предельные тепловые сопротивления тракта ИС вЂ” бесконечный радиатор устанавливаются для различной теплонагруженности исходя из предельной допустимой температуры на ИС (см, табл. 4-7). Суммарное тепловое сопротивление тракта, равное 0,55 К/Вт, приведенное в табл. 4-7, не может быть обеспечено без дополнительных высокоэффективных средств принудительного воздушного, жидкостного или испарительного охлаждения, Воздушно-конвективное охлаждение ГИМ.
Из трех механизмов теплообмена (теплопроводность, излучение, конвскция) нами было рассмотрено применение при конструировании ГИМ первого механизма, наиболее экономичного при реализации н эксплуатации. Второй механизм (излучение) не играет существенной роли в рассматриваемом отводе тепла изнутри блока, что вызвано эффектом взаимного затенения. Третий механизм — конвекция — предусматривает теплообмен на основе массопереноса газообразного или жидкого теплоносителя, отнимающего тепло от омываемых им поверхностей нагретых тел.
Простейшим и ,„.,„::экономичным вариантом применения этого механизма яв-'=--':-.:::,сдяется естественное воздушное охлаждение, при котором :~~;::;,'1:организуется самостоятельное движение нагретого возду ,:;-;.!.'-;,ха. Конструктор должен обеспечить необходимую естесз:;~!,'::;::~~!:,,;:;пенную тягу в конструкции с естественным подсосом холод- ного воздуха в нижней части шкафа и выбросом нагретого ,.„-" воздуха в верхней части, Принудительное воздушное охлаждение позволяет в 10 н более раз повысить теплонагруженность по сравнению с естественным, Однако принудительный режим требует при::;-..
' менения в конструкции РЭА дополнительной системы обес- печения теплового режима (СОТР), что приводит к увели— !!:;:-;:::-, чению объема, массы и энергопотребления. При малой теп- '~",::::;;:" лонагруженности в качестве теплоносителн в системе принудительного охлаждения применяют воздух, при повышенной и высокой теплонагруженности переходят на жидкий теплоноситель (см. главу 6).
При использовании механизма конвекции в естественном или принудительном режиме главным требованием к конструкции ГИМ является большая теплоотдаюгцая по"„;: верхность при ограниченном аэро- или гидродинамическом :;«"'!'::::'.сопротивлении по отношению к омывающему ее потоку теплоносителя. Это требование заставляет в настоящее вре мя отказываться от широко распространенных пластинча':-,',:;,„тых радиаторов, которые характеризуются значительным :';:::::". аэродинамическим сопротивлением из-за наличия протяженных щелей между пластинами радиатора и, кроме того, из-за сильной зависимости свойств (теплоотдачи и аэродинамического сопротивления) от ориентации радиатора относительно направления движения теплоносителя Аэродинамическое сопротинление тем меньше, чем меньше суммарная лобовая площадь, встречающая поток.
С этой позиции предпочтение следует отдать не пластинчатым, а игольчатым и спиральным радиаторам, в которых вместо пластин использованы иглы сечением, например, 2 мм или : у.',-.':; спирали из тонкой (0,8 мм) проволоки. В обоих случаях ,:;"'-;:~::-;::-': аэродинамическое сопротивление на порядок меньше, чем в пластинчатом радиаторе Расстояние между иглами игольчатого радиатора (рис.
' '«.:,.!,:;:;,.4-19) не должно быть малым (менее 8 мм), хотя с точки :.-,,.„.'.,"~:;,-':;;:;-. „зрения увеличения суммарной площади поверхности это ;.;:.'.;«~,"::,кажется целесообразным. При зазоре между иглами менее :,-~~'-;;";!!.,"8 мм аэродинамическое сопротивление настолько возрастает, что скорость потока существенно падает, снижая эф- 199 й Ф2 фективность радватора. Шахматное расположение игл и их разиовысотно.ть нарушают регулярность и создают условия для турбулентности. Степень черно!ы игл мало влияет на тепло- обмен, так как поверхность Рис. 4-19.
Игольчатый радиатор игольчатого радиатора можно рассматривать как модель абсолютно черного тела, излучение поверхности которой не выходит наружу. Спиральный радиатор (рис. 4-20) состоит из спиралей, навитых из медной жесткой проволоки МТ-0,8 (ГОСТ 2112 — 79) и напаянных рядами на охлаждаемую поверхность. В рассматриваемом случае такой поверхностью может быть оборотная сторона стального основания УГИК или корпус ГИМ. Для того чтобы снизить аэродинамическое сопротивление, обеспечить независимость от направления охлаждающего потока, а также увеличить теплосъем с каждого витка, спираль навивают с шагом )!,)бд. Шаг между спиралями, напаянными ни охлаждаемую поверхность, 6.=1,5 х), где 0 — наружный диаметр спирали, мм.
Количество тепловой энергии, снимаемой с отрезка спирали длиной 60 мм (15 витков) при температуре окружающего воздуха 20'С и различной скорости воздуха, следующее е: Скорость воздуха, м/с 2,3 6,9 11,4 Отводимая мощность, Вт . 2,7 4.2 5,!4 Рис. 4-20. Спиральный радиатор / — охяахядяямая яаяявкяасть! Х -спираль; а яяяяма шов ' Латышонок А Н., Тареев А Н. Повышение поверхностной тепло- отдачи клектронных приборов.— Электронная промышленность, !977, вып. 5 (59).
Юо Спираль радиатора имеет диаметр проволоки г(=0,8 чм, наружный диаметр Р=8 мм, шаг витков л,=4 мм; шаг укладки спиралей на плоскости й,=12 мм. Сравним игольчатые и спиральные радиаторы для УГИК и ГР!М по занимаемому объему при одинаковой рассеивающей площади и аэродинамическом сопротивлении. Произведем расчет рассеивающей площади для обоих радиаторов при их размещении на оборотной стороне УГИК размером 170К75 мм (площадь 12700 мм'). За вычетом краевой зоны (по 5 мм по периметру) площадь для размещения игл или спиралей составляет 160Х65 мм. Игольчатый р ад и атор. Средняя длина иглы 1~в — — 15 мм. Диаметр иглы с1„=2 мм. Дальнейшее уменьшение диаметра иглы при выполнении радиатора методом литья под давлением приводит к значительному снижению технологичности изготовления.
Шаг размещения игл в ряду й„=-10 мм (расстояние между осями игл) Тогда число игл, размещаемых на заданной площади в шахматном порядке, будет равно числу игл в ряду п„=65: '10-6, умноженному на число рядов п„=160; (10/ $' 2) 22; итого 132. Если на площадь поверхности одной иглы (без учета торца) з„=Ы,1, =>т.2. 15ж94 мм', то суммарная площадь поверхности всех игл Хз =94 132=12300 мм'. Спиральный радиатор.
Диаметр спирали Р =8 мм, диаметр проволоки д =0,8 мм. Дальнейшее уменьшение диаметра проволоки нецелесообразно, так как приводит к снижению теплоотдачи из-за повьппсния теплового сопротивления проволоки Шаг навивки спирали Ь,=4 мм, шаг укладки спиралей л,=12 мм. Число витков спирали, размещаемой вдоль длинной стороны п,=160 . "4= =40. Число спиралей, размещаемых рядами через шаг укладки, будет и,=65: 12=5. Всего на рассматриваемой поверхности размещается 40 5=200 витков. й> Г!лощадь поверхности одного витка з,=иг(„лР=9,9У, Х0,8 8ж63 мм'. Суммарная площадь поверхности витков ".-',~э:;~". всех спиралей будет Хз,=63 200=12600 мм'. Приведенные расчеты показывают, что рассмотренные образцы игольчатого и спирального радиаторов примерно :::-,:,'~~'.:;='-', равноценны по рассеивающей площади: и тот, и другой ра"::ц~.,,':,.,', диатор удваивает рассеивающую площадь занимаемой по:: верхности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
