Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры (1984) (1092053), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Определение аэродинамического сопротивления воздушному потоку. Аэродинамическое сопротивление определяется двумя видами потерь давления по тракту движения воздуха: местными потерями и потерями на трение. К местным потерям относят потери на поворотах, в сужениях, расширениях и др. Местные потери (в паскалях) можно определить согласно выражению Ьр„= 4,95„1хд, (6-118) где Е, — коэффициент местных потерь; р — плотность газа при средней температуре потока, кг/м', п — средняя око. рость воздуха, м/с.
В табл. ПЗ-2 представлены значения коэффициента местных потерь для наиболее характерных случаев. Потери на трение (в паскалях) при изотермическом течении в прямолинейных каналах определяются выражени- ем ;,:-''киловаттах)', требуемую для перемещения этого объема воздуха: (6-120) 36 7. !Оаяр где т! — к. и. д. вентилятора; р — плотность воздуха, кг(ма„ (Уг — объемный расход воздуха, м'(с.
Наибольший эффект при охлаждении крупных и негерметичных многоблочных стоек дает приточно-вьпяжная система вентиляции (рис. 6-29). На рисунке показана РЭА нз шести стоек 1, в каждую из которых входят четыре блока, расположенные в ряд вертикально, один над другим. Воздух нагнетается вентилятором по приточнолгу воздуховоду 7 в нижнее основание РЭА, откуда поступает через жалюзи б в стойки 1. Из стоек воздух через верхние жалюзи 4 отбирается в верхний воздухосборник 3 и затем поступает в воздуховод 2. Особенностью такой системы вентиляции является установка одинаковых вентиляторов (по напору и производительности) на притоке и вытяжке, образующих равновес- ~;:,:.„;." ную систему с нулевым давлением посередине высоты стойки. В этом случае количество воздуха, просачивающегося наружу сквозь щели в нижней части стойки, минуя вытяжной тракт, равно количеству воздуха, подсасываемому извне сквозь щели в верхней части стойки.
Разумеется, если сопротивление поступающему потоку воздуха на пути до вытяжного тракта будет незначительным, а щели велики, то работа такой системы будет малоэффективной. Ориентнровочнорасход 'ф".~ воздуха в прнточно-вы- ~~",'.' тяжной системе может Ю быть определен в зависи мости от мощности, потребляемой РЭА, по эмпирической формуле 1'г =- У х 400 Р, где (/г — расход ', воздуха на всю РЭА, м'(ч; Р— мощность, потребляе- ,.' мая всеми стойками РЭА, кВт.
Пример расчета тепловой Хтб;:, характеристики блока при при( нудительном охлаждении. И сходные данные. Размеры блока: Е~=О,З!9 и; Е =0253 и; Е,=О,!94Е Шасси расположено посередине блока го, йзз Рнс. 6-29. Схема охлаждения много- стоечной РЭА у — стоИка; у — выходной ооздуховод; 3— вгрхнкд воздукосборник; з †жалю вы ходиого воздуховода; а — блок; б — жалюзи ириточного ооздуховода; 7 — врнточный воздуховод 355 ризонтазьио. Элементы конструкции на шасси в верхней и нижней час.
ти блока расположены равномерно, рядами. Габариты шасси: 1,=0,316 м; (э=0257 м; 1,=-0,025 м. Все элементы (деталя) конструкции имеют цилиндрическую форлзу. Диаметр 0=25 10 — ', высота йл — — 75 1О-' м. Расстояние между центрами элементов в поперечном ряду у=-35 1О ' и, как и в продольном ряду: х=35 10-' м. Число элементов конструкции в поперечном ряду с одной стороны шасси — 7. Число поперечных рядов 9. Длина поперечного ряда А=0,235 м. Общее число элементов и блоке !У=-!26. Число элементов с одной стороны шасси я=63.
Зазоры между рядами элементов конструкции н кожухом перекрыты диафрагмами Длина продольного ряда элементов В=О,!35 м. Температура подводпмого воздуха равна температуре среды, 1„= =1,=20'С; расход воздуха К~=-1,65 !О-' мз/с. Теплообмен внешних поверхностей кожуха с окружающей средой происходит естественной . конвекцией. Впугренняе и внешние поверхности блока (кожуха) имеют степень черно~ы е,=0,92.
Степень черноты нагретой зоны а.=0,96. Плотность воздуха р= 1,20 кг!м'; теплопроводность 1=2,6.10 — з Вт/(м.К); кинематическая вязкость ч=.15,6 10-з мЧс. Решение. !. Расчет геометрических параметров. Шасси делит блок на две симметричные части, поэтому расчет производится только для верхней области. Площадь боковой поверхности одного элемента конструкции Юх б = ги(йя = 3,!4 2,5 !Π— з 7,5 !Π— з = 0,59 10 †мз.
По формуле (6-99) определяется площадь теплоотдающих поверх ностей элементов Ядгз =- '1~ 51 =-и ~Зяб+ — ~ =63.~0,59.!О-з+ 1=! 3 14.(25. !Π— з)зТ 4 По формуле (6-100) находят площадь шасси, не занятую элемен- тами: Зюга=(,1,— ~Я 7ь91=1,(з — л — = 4 г=! 3, !4 (25 10 — з)з = 0,318 0,257 †' = 0,05!2 мз. 4 По формуле (6-96) определяют площадь теплоотдающей поверхности Ят р,'-— -- 5„г з + Яю! з — — 0,402 + О, 0512 = 0,453 мз. Длина пути воздуха по поверхности элементов !! я — — 1~ — — Обид =- 05 3,14.25.!О з = 393 10 з м.
У Площадь наименьшего сечения для прохода воздуха в р-м ряду деталей Го ! х — †(Р— гО л (л — !) = (35 — 25) 10-4 75 10-з(7 — 1) = он!,2 = 0,45 10 — з мз. 356 Воздушные каналы между элементами и кожухом перекрыты диа'! фрагмами, поэтому при расчете величины Ров! з считаем, что воздух не омывает поверхности элементов, обращенные к кожуху. По формуле (6-106) находят площадь среднего сечении для прохода воздуха в р-м ряду деталей: зн гпг э — — гсв+ 0,215йп ~Р пт = ъ =- 0,45 !О з+ 0,215 75 1О з 6,25 !Π— з = 0,692 10-з мз. Г!о формуле (6-107) определим расход воздуха через одни отсек: Уг! — — Уг ' = 1,65 10 з/2 = 0,825 !Π— з мз/с.
Р! рг+ Ез Площадь теплоотдающей поверхности всей нагретой зоны блока 5з =- 281 з =- 2 0,453 = 0,906 мз. Площадь поверхности кожуха: 5в = Зп == Ет Ет = 0 319 '0 258 = О, 082 мз; Юп =' 2Ез (Ет+! ) =- 2'0 194 (0,319+ 0,258) = 0,224 мз; Зв = Яб + 25в = 0 224 + 2'О, 082 = 0,388 м'. ~~ф;;,':,; Условную нагрету!о зону можно считать прямоугольным параллелепипедом, так как элементы занимают практически всю площадь шасси; 'Ф-: Зз л = 2 (А + В+ (2йд+ /з) (А+ В)) = 2'(О 235'0,305+ -)- (2 75 !Π— '-',-25 !Π— ") (0,235+ 0,305)] = 0,352 мз, Приведенная степень черноты е„=е е,=-092.096=089.
2. Найдем одну точку тепловой характеристики в первом приближении. Задаемся перегревом кожуха Ох=5"'С; прн этом температура ко- ! з.„с жуха /,=25 'С. Задаемся перегревом нагретой зоны Ог, =30„=3 5= = 15 'С; тогда температура нагретой зоны будет ге ††15=35 'С, ! Рассчитаем тепловой поток Р„: а) среднян температура окружающей среды /т = 0 5 (Ги+ /с) = 0 5'(25 + 20) = 22.5 С' б) по номограмме (см. рис. 6-!4) для 0,=5'С, /з.=0,258 м и / =22,5'С определяем закон охлаждения: в нашем случае закон охлаж денна — степени 1/4. Рассчитываем конвективные коэффициенты тепло- отдачи от верхней стенки и дна кожуха воздуха по методике, изложен.
ной выше; получим сскв — — 1,3сск!., = 1,3 2.82 = 3,66 Вт/(мз К); и = 0,7сс = 0,7 2,82 = 2,04 Вт/(м'К); в) конвсктивный коэффициент для боковой стенки кожуха при 0„ =5'С, Е,=0,194 м, 1,„=-22,5'С будет ач,=3,12 Вт/(мт К), г) определяем коэффициент лучеиспускания «л.в = «л.а =- пл.п = е/ (Гн Гс); е = 0,92, ~25 + 273 )з (20 + 273 )з / (/и~ /с) = 5,67 = 5,67; ал.в = 0 92.5,67 = 5,2э 2Вт/(мз-К); д) сумм«руем коэффициенты теплоотдачн: ««в == икв + ал.в = 3,66 + 5,22 = 8,88 Вт/(мз К); ад= ««д+ ав,к = 2,04-,'-5.22= 7,26 Вт/(м К); аб = авп+ ало = 3,12+ 5,22 = 8,34 Вт/(мз К)1 е) по формуле (6-35) определяем тепловую проводилюсть кожуха «тн — — 8,34 0,224+ 8,88 0,082+ 7,26 0,082 = 3,185 Вт/К; ж) тепловой поток, передаваемый от кожуха в среду, Рв = ок Ок = 3 18'5 = 15,9 Вт.
3. По формуле (6-102) определим коэффициент теплоотдачн ь ((««1«,2 «2,6 !О ') 0.5 1! з ~тр «2 р~ 1,2 «Н1,2 (', —,: -) — "'-' 0,825 10 — .3 93.!0 — р~о.з 15 6. 10 — 4.0 692. 10-.2) В РассматРивасмом пРимеРе отсехи одинаковы, поэтомУ ар«=а«2= =п,=29 Втдм« К). 4. Найдем коэффициент теплоотдачн от нагретой воны к кожуху (35+ 273 )4 ~25+273 )4 / ( 1э, 1в) = ° 5,67 = 6,24 Вт/(мз К); 35 — 25 ««в з в — — в / ( 12, 1к) = 0,89 6,24 = 5,55 Вт/(мз. К) . 5. По формуле (6.1!6) рассчитаем в первом приближении перегрев воздуха в блоке 1 Π— (Р— ««л.,5.
(6 — О,;)+««,5„6„)рв пз бв ! ° (15,9 — 5,55 0,352 (!5 — 5) + 29.0,388.5) = 4,65 'С. 29 0,388 6. Удельная теплоемкость воздуха при температуре 1р«14+6 = ~24,6'С будет ср — — 1000 Лж/(кг К), 7. По формуле (6-117) определяем мощность, рассеиваемую нагре- той зоной, 1'«=Рн+2ю(6в — Овх)1 «э=У«срр. Плотность воздуха р определяем для температуры 20'С; при этом Рт = ! 5,9+ 2. 1,65.
10 — з. 1000 1,205 4,65 = З10 Вт. 8. По формуле (6-115) уточняем перегрев нагретой воны« «Р+пзб Оп+па. Юэл6 6.1 = «"в Бз+ ««з.в 3з.л ЮО+ 29.0,906 4,65+ 5,55 0,352 5 29 0,906+ 5,55 0,352 358 9. Проведем расчет во втором приближении. Задаемся перегревом нагретой эоны, подсчитанным как среднеарифметическое чисел 6! и 6! и 6з1+ Оз! 15+ 7,35 6 т =- = = 11,2 "С; ф =- 31,2'С. зт Находим ~ 31,2 + 273 )е (25 + 273 )ч 1 ( !!!, 1 )=5,67 = 5,92 Вт!(мэ К) вз' з 31 2 — 25 э) ' Коэффициент лучеиспускания от нагретой зоны к кожуху м!!, „= 0,89 5,92 = 5,27 Вт!(мз К) Г!ерегрев воздуха в блоке 1 6зз =- ° 15,9 — 5,27 0,352 (11,2 — б) -(- 29 0,388 5 =5,3 чС.
29 0,383 Мощность, рассеиваемая нагретой зоной, Рз = 15,9 + 2 1,65 !Π— з 1000.1,205 5,3 = 226,9 Вт. Уточняем перегрев нагретой зоны: 226,9+ 29 0,906.5.3+ 5,27.0,352 5 1з = 29 0 906+ 5 27 0 352 :=- 12,5 "С. и" Полученный перегрев нагретой зоны О,т —— !2,5'С мало отличается и от принятого значения 6 т — -11,2 С, поэтому дальнейших уточнений не зт проиаводим и считаем, что при перегреве кожуха Оп=5 'С перегрев нагретой воны равен 12,5 С и мощность, рассеиваемая нагретой зоной, Р= 227 Вт.
Расчет второй точки тепловой характеристики производится в том же порядке при ином значении перегрева кожуха. По рассчитанным р( точкам строят тепловые характеристики блока, из которых н находят перегрев нагретой зоны и кожуха при навестной, рассеиваемой в блоке мощности. Ь-Ь. РАСЧЕТ ПЕРЕГРЕВА ЭЛЕМЕНТОВ БЛОКОВ . С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Поперечное сечение воздушного канала. В блоках ап. паратуры, построенных по кассетному принципу, часто приходится прибегать к принудительному воздушному ох-' лаждению вследствие большой удельной мошности тепловыделения.
На рис. 6-30 представлена схема конструкции ' з' такого блока. Воздух под действием вентилятора нагнетается в блок через входное отверстие 1, проходит вдоль поверхности печатных плат, охлаждает микросхемы и выходит наружу через отверстия 2. 5 Рис. 6-30. Схема блока кассетной конструкции с принудительным воз- душным охлаждением I — входное отверетне; Я вЂ” выходное отверстие Будем считать, что набегающий поток воздуха имеет .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
