Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры (1984) (1092053), страница 68
Текст из файла (страница 68)
одинаковую скорость по всему сечению блока, При такой 'схеме охлаждения мощность тепловых потерь вентилятора Р„будет суммироваться с мощностью тепловыделения в блоке Ро. Если используется отсасывающая схема вентиляции, то мощность тепловых потерь вентилятора не вызывает дополнительного перегрева блока. Предположим, что все микросхемы и отдельные электро.радиоэлементы имеют одинаковую мощность тепловыделения Р,. Пусть число печатных плат в блоке будет тун.
Зададимся объемным расходом воздуха 6. Печатные платы в блоке расположены вдоль воздушного потока. Чтобы обеспечить равномерное обтекание воздушным потоком всех микросхем, необходимо иметь равные сечения каналов, по которым протекает воздух. Для уменьшения сечения боковых каналов печатная плата в направлении оси у располагается с минимальным зазором относительно внутренней поверхности кожуха. Площадь поперечного сечения воздушного канала 5х на расстоянии х от входного отверстия определяется формулой тмп ~х ~уЕт йп (н)Уп ~' (еф ~вхтлувв (б (2~) с=1 где Еу н .(., — внутренние размеры кожуха блока в направлении осей у и ач ˄— толщина печатной платы; 1у — ширина печатной платы; (,у, е„— размеры микросхемы (элемента) в направлении осей у и г; и„— число микросхем в ряду на одной стороне печатной платы в направлении оси у.
Зная площадь среднего поперечного сечения воздушного канала на расстоянии х от входного отверстия, можно определить коэффициент теплоотдачи одной микросхемы, для чего необходимо найти число Рейнольдса 61' г«еа = —, эЯв где Π— объемный расход воздуха; 1' — определяющий размер микросхемы в направлении движения воздушного потока; т — кинематическая вязкость воздуха. Коэффициент теплоотдачи 1-й микросхемы (или элеменаэ = 0,8 —" 3/ Ке.
(6-122) Перегрев воздуха, протекающего вблизи дискретного элемента или микросхемы, на расстоянии х от входного отверстия ~~~ Ра«+ Рв бвэ (6-123) 10006Р '3' где Є— мощность тепловыделения 1-го элемента, расположенного до сечения х; Є— мощность тепловыделения вентилятора; р — плотность воздуха; 6 — объемный рас. ход воздуха.
В случае если используется отсасывающая вентиляция, перегрев воздуха вблизи 1-го элемента Фа ~'.~ Рэ« бв.э (6-124] 10006Р Перегрев воздуха за счет тепловыделения одного дискретного элемента Ра (6-126) ма Зэ ' „.,:" где 5, — площадь поверхности элемента, омываемая воздушным потоком. Температура поверхности корпуса элемента 1,=1э+6„ „--;:,':: 'где 1э — температура воздушного потока на входе блока.
Перегрев воздуха на выходе блока. Средний перегрев ::::::— воздуха на выходе блока можно определить, исходя иэ М! суммарной мощности тепловыделения всех элементов и вентилятора (в случае приточной вентиляции): ила+ Рва нииар При вытяжной вентиляции (6-127) шоов ' Приведенные выражения справедливы для одиночного блока. Если ставится задача определить мощность блока, входящего в стойку, то необходимо учесть мощность тепловыделения всех блоков, расположенных в стойке по ходу воздушного потока до рассматриваемого блока. Расчетная мощность такого блока Рв~ лб.
ра+ У рш и /= — 1 где Ра — фактическая мощность тепловыделения блока; 1 — номера блоков, расположенных перед рассматриваемым блоком по ходу воздуха„1У вЂ” число блоков в стойке. Прн вытяжной вентиляции расчетная мощность блока в стойке (6-128) и гкг= лз+Х г'аь (6-129) у=! Температура поверхности микросхемы. В этом расчете не учитывается мощность, отводимая от внешней поверхности кожуха блока или стойки за счет естественной конвекции и лучеиспускания.
Поскольку интенсивность отвода тепла при принудительном воздушном охлаждении намного больше, чем при естественном охлаждении, то учет отвода тепла от внешних поверхностей блока (стойкн) незначительно изменит полученные результаты, но вызовет дополнительные усложнения, Кроме того, ошибка, которая возникает при таком учете, приведет к некоторой завышенной температуре поверхности дискретного элемента.
Как показывает практика, температура поверхности элемента оказывается на 1 — 3'С выше температуры, рассчитанной с учетом отвода тепла от боковых стенок, что вполне допустимо в инженерных расчетах. Введение вентиляционных установок в радиоаппаратуру для обеспечения интенсивного охлаждения создает дополнительные шумовые помехи на рабочем месте оператора. В тех случаях когда нет возможности вынести вентиляторы за пределы рабочих помещений и они установлены непосредственно на блоках и стойках РЭА, необходимо добиваться максимально возможно~о снижения уровня шума для обеспечения благоприятных условий работы оператора. С этой целью часть.воздуховода между блоком и вентилятором делается из мягкого материала, например брезента. Двигатели вентиляторов должны устанавливаться на амортизаторах, поглощающих акустический шум.
Для таких цед лей хороши мягкие резиновые амортизаторы. Шум, создаваемый крыльчаткой вентилятора, ослабить почти не удается. Радикальное решение в этом случае— вынести вентилятор за пределы помещения. ГОСТ 12.1.003 — 76 «Шум, Характер и нормы шума иа рабочих местах» допускает уровень шума на рабочем месте оператора до 70 дБ. Шум в децибелах определяется как Р й =го 1кв рэ где Р— среднеквадратическое звуковое давление, Па; Р, — порог слышимости, равный 2 10-з Па. Уровень шума проверяют на частотах 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц. Если не удается обеспечить необходимый уровень шума с выбранным типом вентилятора, переходят на другой тип вентилятора, с иным профилем крыльчатки или скоростью вращения ротора. 6-У. РАСЧЕТ ПРИНУДИТЕЛЬНОГО ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ РЭА Классифннация систем жидкостного охлаждения.
При мощности тепловыделения более 25 кВт воздушное охлаждение оказывается малоэффективным. Здесь более высокая эффективность охлаждения может быть достигнута с помощью жидких теплоносителей. Такие системы получили название жилиостиых систем охлаждения. В зависимости от физиэесного состояния поверхностного слоя жидкости различают жидхостное или испарительное охлаждение. В жидкостных системах температура охлаждающей жидхостн не превышает температуры насыщения жидпостн н перенос тепла от нагретой поверхности н жидкости происходит за счет нонвекцип и теплопроводности жидкости. При испаритсльном охлаждении температура жидкости в рабочем режиме равна температуре насыщения, а перенос тепловой энергии от нагретого тела х жидкости н далее в окружающее пространство происходит в основном за счет теплоты парообразовання и конденсации пара. В ста;-':,!,:;-' ционарном режиме наступает дииамичесное равновесие между притоном :", ",.;, тепла в жидкость и превращением жидкости в пар и между отдачей !$ '-.';= тепла паром н превращением его в жидкость.
Пра такой схеме отвода тепла удается достичь плотности тепловых потоков в иеснольно десятпов :; ' киловатт на квадратный сантиметр. Теплоотдача испарением в сотни раз превосходит теплоотдачу нонвехцией. Процесс кипения дает возможность поддерживать высокую стабильность температуры. Это обстоятельство может быть использовано для регулирования илн стабилизации рабочей температуры. Существует несколько типов систем жидкостного охлаждения, отличающихся друт от друга физическими процессами, происходящими в жидкости, и конструктивными решениями. Наиболее простой способ отвода тепла может быть получен с помашу,ю жидкости, протекающей по каналам, стенки которых имеют хороший тепловой контакт с тепло- нагруженными элементами. Специальные каналы для жидкости могут отсутствовать, в этом случае жидкость заполняет все пространство, где размещаются элементы конструкции.
Системы, в которых охлаждающая жидкость имеет непосредственный контакт с нагретой поверхностно элемента, можно разбить на четыре группы (рис. 6-31). В первой группе кокструкций (рис. 6-3!,а) в установившемся режиме температура охлаждающей жидкости никогда ие пРевышает темпеРатУРУ иасыщеннЯ, т. е.
Г Сгнвс. В такой системе температура жидкости н, следовательно, температура влементов зависит от температуры окружающей среды, при этом температурный напор Йн.с между поверхностью кожуха и окружающей средой практически остается постоянным во всем диапааоне изменения го. Расчет температурных характеристик таких конструкций не отличается от ранее рассмотренных расчетоа, только во всех формулах теплофизпческие параметры возлуха необходимо заменить на соответствующие параметры жидкости.
В варианте конструкции на рис. 6-31,б в стационарном режиме температура жидкости равна температуре насыщения, Испаряясь, пар конденсируется на верхней грани блока. Чтобы увеличить теплоотдающую поверхность блока, наружные стенки оребряют и обдувают блок потоком воздуха. В таком варианте конструкции, если выполняется условие 1нвс>гс, колебания температуры окружающей среды не влияют Вг Рис. 6-31. Разновидности систем жидкостного охлаждения: а — жидкость при температуре Гж(гвсс; б — жидкость при температуре Г,„ =1„„; в — система с принудительным перемешиваннем жидкости, Го,.
=1„,; г — система с принудительным перемешиванием и внешним охлаждением жидкости à — насос; 2 — ввнтнннтор; 3 — радиатор 364 на рабочую температуру блока. Это создаст благоприятные условия для работы всех элементов. Недостатком таких конструкций является довольно значительное время разогрева. В ряде случаев оно доходит до двух часов. Это время можно уменьшить эа счет введения подогревателя, который включается только на время разогрева блока.
Процесс охлаждения можно интенсифицировать, если ввести принудительное перемешивание жидкости. На рис. 6-31, в представлена схема такой ионструкции. В процессе кипении часть теплоотдающей поверхности покрывается пузырьками пара, при этом эффективная поверхность уменьшается. При естественном перемешиваннн жидкости диаметр парового пузырька в момент отрыва от поверхности определяется выражением где о — поверхностное натяжение жидкости, Н/м; р краевой угол смачивания; р' и р" — плотность жидкости и плотносп насыщенного пара, Н.с/мз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
