Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001) (1096748), страница 46
Текст из файла (страница 46)
5.13), характеризующих области целесообразного применения различных способов охлаждения. За основной показатель, определяющий области целесообразного применения способа охлаждения, принимается значение плотности теплового потока, проходящего через поверхность теплообмена: «Р ч = Р—. 5п где Р— суммарная мощность, рассеиваемая ИЭП с поверхности тепло- обмена; 7бр — коэффициент, учитывающий давление воздуха (при атмосферном давлении Кл = 1); 5„— поверхность теплообмена ИЭП: Зп = 2(71Е э + (71 + 7г)7з)Еэ; К, — коэффициент заполнения ИЭП: П К,=~ пм *г'; — объем г-го компонента ИЭП; и — число компонентов в ИЭП; И— объем, занимаемый ИЭП; Ь|, 7э, Ьэ — размеры корпуса ИЭП.
Вторым показателем служит минимально допустимый перегрев компонентов в ИЭП ьтс = т;;„— т„ где Т;;е — допустимая температура поверхности наименее теплостойкого компонента; Т, — температура окружающей среды. Для естественного охлаждения Т, = 7,' „, „, т.е. соответствует максимальной температуре окружающей среды. Для принудительного охлаждения Т, = Т „, т.е. соответствует температуре охлаждающего воздуха (или охлаждающей жидкости) на входе в ИЭП. На рис. 5.13 приведены области целесообразного применения различных способов охлаждения в координатах Ьты 1бе. Различают два типа областей: области, в которых можно рекомендовать применение определенного способа охлаждения, и области, в которых с примерно одинаковым успехом можно применять два или три способа охлаждения. Области первого типа не заштрихованы и относятся к следующим способам охлаждения: 7 — естественное воздушное; П вЂ” принудительное воздушное; П вЂ” принудительное жидкостное; П вЂ” принудительное испарительное, Области второго типа заштрихованы; П вЂ” возможно применение естественною и принудительного воздушного охлаждения; Е' — возможно применение принудительного воздушного и жидкостного охлаждения; б — возможно применение принудительного жидкостного и естественного испарительного охлаждения; 7 — возможно применение принудительного жидкостного, принудительного и естественного испарительного охлаждения; П вЂ” возможно применение естественного и принудительного испарительного охлаждения.
Целью приближенного расчета является определение температур нагретой зоны и поверхности компонентов; знание температур необходимо также для оценки надежности ИЭП, Рекомендуется проводить расчет для наиболее критичного компонента, допустимая положительная температура которого имеет наименьшее значение среды всех компонентов, входящих в состав модуля ИЭП. Расчет стапионарного теплового режима блока ИЭП прн естественном конвективном теплообмене Конструкция блока ИЭП заменяется ее физической моделью, в которой нагретая зона представляется в виде параллелепипеда, имеющего среднеповерхностную температуру 1„, и рассеиваемую тепловую мощность Реы На рис.
5.14 показаны тепловые модели блоков ИЭП. За размеры нагретой зоны принимаются размеры шасси 11 и 1з и высота 1з, которая определяется по формуле (5.51) 1з = А + Ьзт + бэба, где пы — толщина шасси; Ьз| и Ьэз — части высоты нагретой эоны, расположенные со стороны шасси в первом и втором отсеках, на которые шасси делит Блок ИЭП. 270 271 Виды теплообменэ между нагретой зоной и корпусом Группа конст- рукций Виды теплообмена между модулями первого уровня Конаекция, излучение, тепло- проводность Излучение, конвекция, тепло- проаодность Излучение, теплопроводность Излучение, теплопроводность Конэекция, излучение, тепло- проводность Излучение, теплопроводность пз "зу = ~ згз/(11/(г) (5.52) де = Ро/Бы (5.53) 272 273 Рис, э.ге.
Тепловые модели блоков ИЭП в виде параллелепипедов с горизонтально (а) и вертикально (6) ориентированными шэсси и в виде цилиндра (е) Размеры Изз и Ьзг определяются по формуле где у' = 1,2 — номер отсека блока; (ге — объем з-й детали в уцм отсеке; и. — число деталей в уъм отсеке.
Большая часть ИЭП имеет Блоки разъемной, кассетной или книжной конструкции с плотной компоновкой. В зависимости от ориентации модулей первого уровня разукрупнения и величины воздушных зазоров между ними различают три группы конструкций по характеру теплообмена в них. Отличительные осоБенности этих групп приведены в табл. 5.5. Выбор той или иной группы осуществляется эмпирически Таблица ».з Классификация конструкций в зависимости от характера те~лЂобмена исходя из опыта разработки.
Наиболее общим случаем является вторая группа й» конструкций. Тепловая модель блока ИЭП плотной компоновки приведена на рис,' 5.15. 1У 5 Расчет теплового режима блока Ъ ИЭП можно условно разделить на три 5 ((У этапа; определение температуры корпу- 5У 6 са гк; б б определение среднеповерхностной температуры нагретой эоны 1„,; определение температуры поверх- у~ ности компонента схемы. Для выполнения расчета теплово- Рис.
э.гэ. Тепловая модель го Режима необходимы следующие ис блока ИЭП плотноя компоновки. ходные данные: размеры корпуса — у — корпус; г — нагретая зона; э ширина Ьы глубина Ьг, высота Ьэ, '— модуль первого уровня; у — комраэмеры нагретой зоны (з х (г х!э, ве- понент (микро»бояка, микро«хема, '""о"'"'""') гретой зоной и нижней поверхностью корпуса бю нагретой зоной и верхней поверхностью корпуса Лз; площадь перфорационных отверстий оя; мощность Рп, рассеиваемая блоком; мощность Р„компонентов, расположенных непосредственно на корпусе; базовая температура се, т.е. температура окружающей среды; теплофизические параметры воздуха и материалов конструкции блока.
Этап 1. Определение телтерптуры корпуса блоке 1. Рассчитываем удельную поверхностную мощность корпуса блока 1а: "де Б! = 2(ь!Бг + Ьг! з + Ьгьз) — площадь внешней поверхности корпуса блока. 2. По графику на рис. 5.16 задаемся перегревом !э!а корпуса Блока в первом приближении. 3.
Определяем коэффициент лучеиспуска! ния для верхней а, Боковой а 6 и нижней лв л эу Зуд 4„5уп поверхностей корпуса: 4д уг 30 2З 0 0 Рнс 6 30. Зависи- Г! .5 67 !(ЫЫ +гтэ!е г1аЫУз)е] мость перегрева корпуса ' ' 1 гое ) ( гоо блока от удельной позер- !1|„ хностной мощности (5.54) где г! — степень черноты г-й наружной поверхности корпуса; определяется в зависимости от материала из табл. 5.6. 4.
С учетом определяющей температуры 1„, = 10+ О,бг)!1„рассчитываем число Грасгофа !аг для каждой поверхности. корпуса: э 7'опр г г ю (5.55) а„г = 1,18 — (Сг Рг)Ц~Агг; 7 „; (5.56) для ламинарного режима „,. — 054 ~ (С Р )!/4х,г 7опр! (5.57) где Ееьр! — определяющий размер г-й поверхности корпуса; гу — коэффициент обьемного расширения газов; !9 = (1 +273) ', у — ускорение свободного падения; у = 9,8 м с г; ию — кинематическая вязкость газа, для воздуха определяется из табл.
5.7. Индекс гп означает, что все параметры соответствуют определяющей температуре 1„,. 5. Определяем число Прандтля Рг иэ таБл. 5.7 для определяющей температуры 1„,. 6. Находим режим движения газа или жидкости, обтекающих каждую поверхность корпуса: (Сг Рг),„ ( 5 10г — режим переходный к ламинарному; 5 ° 10г ( (Сг ° Рг),„ ( 2 10т — ламинарный режим; (Сг Рг)ы ) 2 10" — турбулентный режим. 7. Рассчитываем коэффициенты а„г теплообмена конвекцией для каждой поверхности корпуса Блока: для переходного режима Таблица 5.6 Материал Степень черноты различных поверхностей Алюминий полированный Алюминий окисленный Алюминий грубополированный Алюминиевая фольгз Асбестовый картон Бронза полированная Бумага Вольфрам Графит Дюралюминий (Д16) Железо полированное Золото Коза р Краски эмалеаые Лак Латунь полированная Латунь прокатанная Медь полироззнная Медь окисленная Муар Масляные краски Никель полированный Олово (луженое кровельное железо) Платина Резина твердая Резина мягкая Серебро полированное Сталь никелированная Сталь окисленная Стзльное литье Санса Стекло Силумин Титан Фарфор Хром полированный Цинк Щелак черный матовый 0,05 0,25 0,18 0,09 0,96 0,16 0,92 0,05 0,75 0,39 0,26 0,10 0,82 0,92 0,88 0,03 0,20 0,02 0,65 0,90 0,92 0,08 0,08 0,10 0,95 0,86 0,05 0,11 0,80 0,54 0,96 0,92 0,25 0,63 0,92 0,10 0,25 0,91 274 275 Таблица 5.7 Теплофизические параметры сухого воздуха при давлении 101,3 10 Па р, кг/м Рг А~, х10, Вт/ м К ри, х10, м /с для турбулентного режима ак; = 0,135 — (Сг Рг)г/зФг, (5.58) 7'»р где Ап, — теплопроводность газа, для воздуха значение приведено в табл.
5.7; /г'; — коэффициент, учитывающий ориентацию поверхности корпуса: 0,7 — для нижней поверхности, У; = 1 — для боковой поверхности, 1,3 — для верхней поверхности. 8. Определяем тепловую проводимость ак между поверхностью корпуса и окружающей средой: + га в+ а о)Яв+ (а~ + а„к)Я, (5,59) где Я„, Яв, Як — площади нижней, боковой и верхней поверхностей корпуса блока соответственно; Я =Як =гг гг' Я6=2гз(гг+гг). Часто применяются блоки ИЭП с оребренными поверхностями. В атом случае необходимо определить эффективный козффициент тепло- обмена акфг оребренной г-й поверхности, который зависит от конструкции ребер и перегрева корпуса относительно окружающей среды.
Определяется акф; так же, как при расчете радиатора ~см. расчет оапиаторз1 276 — 50 — 20 О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 2,04 2,28 2,44 2,51 2,60 2,68 2,76 2,83 2,90 2,97 3,05 3,13 3,21 3,34 9,23 12,?9 13,28 14,16 15,06 16,00 16,96 17,95 18,97 20,02 21,09 22,10 23,13 25,45 0,728 0,716 0,707 0,?05 0,703 0,701 0,699 0,698 0,696 0,694 0,692 0,690 0,688 0,686 1,584 1,390 1,295 1,24? 1,205 1,165 1,128 1,093 1,090 1,029 1,000 0,972 0,946 0,898 ),В 7,5 7,4 7,7 7,9 9 9,9 9,5 87 86 55 0162 9794 978597 И„?9 Па Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
