Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры (1984) (1092053), страница 65
Текст из файла (страница 65)
параметры по соответствующим осям: Ляаяая . ! Лгая1я . а Л»1я я (684) ая— 1я ая . !»я Р » где 1!я=!»»+1!,+яз — высота ячейки; (,— размер ячейки в направлении х; Л,— размер ячейки в направлении у. Отсюда эффективная теплопроводнсть в соответствую- 1~~!'; щих направлениях Л.= а„1я ая ая Л '! где а,=1/»»',.
Далее можно определить число элементарных ячеек в ~.,"-;::,::; нагретой зоне и затем найти теплопроводность по всем ~,.'::; осям. Используя уравнение Фурье„ можно найти искомые 'ф"::-":: температуры; д»1 д»1 д»! ˄— + Л вЂ” -(- Л, — = — В', " дх» Я дд» ' дг» Температура в центре нагретой зоны йо йо где У вЂ” объем нагретой зоны; Рис. 6-25. ГРаФик зависимости На рис. 6-26 приведена С-Щ1ьп ЧЦ зависимость С=/(1з/1~) при различных значениях 1з/1з. Тепловое сопротивление для любой микросхемы в нагретой зоне, кроме центральной микросхемы, можно найти приближенно по следующему выражению: 8 Р7Ф.о = РоФ.о 1 ) ° у2 ! (6-88) где 1; — расстояние от центра нагретой эоны до точки 11 7ч — расстояние от центра нагретой зоны до поверхности параллелепипеда по прямой, проходящей через точку 1.
Температура 1-й микросхемы 1т=1о (1о 1)~ (6-89) Тепловое сопротивление Р, „ преодолеваемое тепловым потоком мощностью Р; на пути от поверхности микросхемы к поверхности нагретой зоны В, может быть вычислено по формуле Р!м.о (1тмо 1ззЩ\ где 1~из — среднеповерхностная температура микросхемы. Если микросхема расположена внутри нагретой зоны, то задача сводится к расчету теплового сопротивления оболочки параллелепипеда, стенки которого в общем случае имеют разную толщину, а теплопроводность в направлениях х, у, г равна )., Ц, Х,. Тепловая проводимость такой оболочки может быть вычислена каки; .о=1/Р; з, т. е. 1.» 1«) (1» — 1») (6-90) 1.2 1 !ив бм 6»2 Хх (1 1р — 1.2 1,) (1 — 1») п1«» 2 1 12 6 б 1«в 2 »2 р + л,(ьр(„— Ер (Ех 1» — 1» 1») (Ер — 1р) 1„1» 622 бр» 1и 1"» 1» где 1.„(,р, 1,» — протяженность нагретой зоны в направлениях х, у, г; 1„, 1р, 1,— размеры микросхемы по осям х, у, з; 6»,, 6, — расстояния от микросхемы до поверхности нагретой зоны по оси х; 6„ь бр, — то же по оси у; бн 62, — то же по оси а.
Величина )г„определяется типом элемента (микросхема, микросборка) и аналитически не описывается. Необходимо проведение эксперимента. С помогцью полученных выражений можно определить перегрев )чй микросхемы. 1, =()11,,+б(,„,+й„„)(р — Рг)+®1«,+ + й» «2 + -~2»»2) Р) ° (б 9)) Используя приведенную методику расчета, можно найти температуру микросхемы, расположенной в центре блока (нагретой зоны), и по выражению (6-91) ориентировочно определить температуру микросхемы, расположенной в точке 1. Для конструкций блоков второго и третьего типов на.:;;- хождение температуры микросхемы, расположенной в центре блока, производится аналогично.
Специфика блока находит отражение только при определении тепловых сопро:.':.' тивлений отдельных зон с учетом характера передачи тепла в каждой зоне. .';:. б-з. расчвт прннрднтвльного воздхшного охларкдвння Эквивалентная схема тепловых проводимостей. В тех »:,."; случаях, когда естественное охлаждение РЭА не обеспечивает достаточного снижения температуры внутри блока, ~::;; приходится прибегать к системам с принудительным воз':" душным охлаждением.
При конструировании блоков и стоек -'~''; с такой системой необходимо выбрать систему принудительного охлаждения, установить необходимый расход воз:,' духа и выбрать тип вентилятора, найти допустимые тепло,;,:,:у:вые нагрузки на отдельные элементы конструкции, выбрать ',,".::" конструкцию блока применительно к условиям вентиляции, определить размещение элементов конструкции на шасси с точки зрения их наилучшего охлаждения. Процесс теплообмена в РЭЛ, охлаждаемой продуваемым воздухом, осложняется разветвлением потока в лабиринте каналов свободного пространства между элементами конструкции. Основные допущения в расчете.
Сложные начальные условия задачи можно упростить, введя ограничения. Пусть блок имеет форму прямоугольного параллелепипеда, в противоположных малых гранях которого находятся приточные и отводящие воздуховоды. Внутри блока, приблизительно на равном расстоянии от боковых стенок, располагается вертикальное шасси, по обеим сторонам которого находятся тепловыделяющие элементы конструкции.
Вудем считать, что они распределены по шасси равномерно. При таком допущении можно считать, что внутри нагретой зоны отсутствуют широкие каналы, по которым могла бы проходить основная масса охлаждающего воздуха„а следовательно, все элементы охлаждаются воздухом равномерно.
Сделаем допущения, что все элементы, расположенные на шасси, омываются равномерным потоком. Это будет справедливо, если нагретая зона расположена в некотором удалении от приточных окон нли вблизи приточных окон поставлены выравнивающие решетки. Необходимо создать каналы равного сечения путем рационального размещения тепловыделяющих элементов в объеме блока, что обеспечит равномерное охлаждение эле- К, Рис. 6-26 Схема тепловых проводимостей блока РЭА с принудитель- ной вентиляцией Нагретая зона заштрнлоаана; аозпушнма поток показан стрелками; К вЂ” кокуя блока ментов конструкции.
Допустим, что поток воздуха, набега; ющий на первый поперечный ряд элементов, располагается равномерно по сечению блока; тогда интенсивность тепло- обмена будет определяться средней скоростью воздушного потока При стационарном режиме тепловая энергия Р (рис. 6-26), выделяемая теплоотдающими деталями в нагретой зоне, конвекцией передается протекающему воздуху (тепловая проводимость о„) и лучсиспусканием (тепловая проводимость ок ) передается кожуху. От кожуха часть тепловой энергии (тепловая проводимость о„) путем конвекции и лучеиспускання передается в окружающую среду, а другая ее часть (тепловая проводимость о„) уносится протекающим потоком воздуха.
На основании этого можно написать Р = о. И вЂ” ()+о.. (Г.— () (6-92) где 1, — температура нагретой зоны; г, †температу воздуха внутри блока; >„— температура кожуха Если считать, что тепловые проводимости и мощность ~.,'-.','-' ' Р известны, то уравнение (6-92) содержит три неизвестные величины: 1,„1„, г,. Для их определения необходимы дополнительные условия. Одно дополнительное уравнение можно получить из рас- $-";!:,:: смотрения теплообмена кожуха.
Тепло поступает к кожуху чх;:.": от нагретой зоны в виде лучистой энергии и отдается им во внешнюю среду и в протекающий внутри блока воздушный '-:,' поток: сквИз )к) окаНя Гь) + овв(Гк (в)~ (6 9З) :,-:-,, где о„,,— тепловая проводимость между кожухом и окру;,-:::, жающей средой, Вт/К; ак,— тепловая проводимость меж::,'-" ду кожухом и протекающим внутри блока воздухом, Вт/К. Второе дополнительное уравнение получим, если предположим, что все тепло (кроме той части, которая рассеи! вается наругкной поверхностью кожуха во внешнюю среду)' ,идет на увеличение теплосодержания протекающего воз; духа: (6- 94) Р— п„,(Ä— Г,) = ь>((, „— („„), ;;(где >з=рср)>ц '>>> — объемный расход воздуха, мз/с; ср— Ф!.;удельная теплоемкость при постоянном давлении; р — плот: "ность воздуха; Гях, 6,м,— температура воздуха на входе и ",, :выходе.
347 Для упрощения задачи будем считать, что температура воздуха внутри блока меняется линейно; тогда (я' 06(' +( ). (6-96) Учитывая выражение (6-96), приводим уравнение (6-94) к виду Р =- пк,((„— (,) + 2гз((„— (,„), (6-96) Система уравнений (6-92)', (6-93) и (6-96) позволяет определить тепловые характеристики нагретой зоны и кожуха при условии, что известны способы определения тепловых проводимостей и расход воздуха, прогоняемого через блок.
Нагретая зона состоит из двух частей, расположенных ниже н выше шасси. Поэтому полная тепловая проводимость от нагретой зоны к протекаюгцему воздуху будет (6-97) где им — коэффициент конвекции от теплоотдаюшнх поверхностей над шасси Вт/(мз. К); ам — то же, но под шасси; Зм — суммарная площадь теплоотдающих поверхностей на шасси, м', Я,з — то же, но под шасси.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
