Назаров_Конструирование_РЭС (560499), страница 37
Текст из файла (страница 37)
5.32.Бескорпусные СВЧ-микросборки 1 припаиваются к основанию — теплоотводу 3.Мощный транзистор 2 размещается в специальном углублении непосредственно наосновании и закрепляется с помощью пайки по металлизированной поверхностиподложки.Рис. 5.32. Фрагментконструкции СВЧРазъемныетепловыеконтакты(теплоустройствавыеразъемы)обеспечиваютстоктепласна микросборкахтепловых шин и металлических основанийна теплообменник.
В конструкциях РЭС сестественным воздушным охлаждением функции теплообменникавыполняет корпус или элементы конструкции с развитой поверхностью(радиаторы). Включение теплового разъема создает непрерывнуюкондуктивную цепь теплопередачи «источник тепла — теп л о отводящаяшина — тепловой разъем — корпус». Однако все разработанные иприменяемые в конструкциях РЭС тепловые разъемы имеют недостатки:сложность конструкции, неудобство в эксплуатации, низкаяпроизводственная технологичность и др. Следует также иметь в виду,что использование тепловых разъемов ведет к ухудшениюмассогабаритных показателей конструкций РЭС.216Тепловые разъемы принято классифицировать по типу рабочегоэлемента, замыкающего цепь теплопередачи от функциональной ячейки 1 к теплообменнику 2 (рис.
5.33); рабочими элементами тепловыхразъемов служат ребро, паз, цилиндр, конус, клин и плоскость.Рис. 5.33. Конструкция тепловых разъемов с рабочими элементами:а — ребро; б — паз; в — цилиндр; г — корпус; д — клин; е — плоскостьВеличина теплового сопротивления в разъеме определяется площадью поверхности теплопередачи (рис. 5.33, а), повышением точности соединения (рис. 5.33, б, в) и усилием сжатия поверхностей (рис.5.33. г. д.
е).Пример реализации кондуктивнойцепи теплопередачи в конструкцииРЭС дан на рис. 5.34. На печатнойплате 5 с двух сторон установленытеплоотводящие шины 4, на которыхзакреплены корпуса интегральныхмикросхем 3.Теплоотводящие шины Рис. 5.34. Конструкция ФЯсоединены с ребристым тепловымс тепловым разъемомразъемом 2. В ответной части разъемапредусмотрен канал 1 системыпринудительногожидкостногоохлаждения .Конструкция обладаетнизким тепловым сопротивлением повсейплате(0.3…0.45К/Вт)иобеспечивает возможность оперативной замены ячеек в устройствах.2175.4.3.
Основы расчета радиаторовВ кондуктивных системах охлаждения функции теплообменников сокружающей средой часто выполняют радиаторы — элементы системыохлаждения с развитой поверхностью теплообмена. Поверхность теплообмена радиаторов увеличивается за счет их оребрения. С поверхности ребер тепловой поток передается в окружающее пространство конвекцией и излучением. При этом величина теплового потока определяется выражениемP =αΣ KPSPK(t-tC),где (αΣ. — коэффициент теплопередачи; КP — коэффициент эффективностиребра; Sр — площадь поверхности радиатора; t — среднеповерхностнаятемпература радиатора; t c — температура окружающей среды.Эквивалентный коэффициент теплопередачи αΣ.
обусловлен кондуктивнойтеплопередачей через слой краски или покрытия на поверхностирадиатора, а также конвективной теплопередачей и излучением споверхности. Таким образом,αΣ.=1/(1/(αK +αЛ)+δП/λП),где а к, а л — коэффициенты теплопередачи конвекцией и излучением; λп —коэффициент теплопроводности покрытия; δп — толщинапокрытия.Коэффициентэффективностиребрахарактеризует температурный перепад повысоте ребра h(рис. 5.35):Kp = th(mh)/(mh),где т = m = αU / λF Va U/KF — параметр,характеризующий форму ребра (α =αк + α л , U— периметр сечения ребра, λ — коэффициенттеплопроводности материала ребра, F —площадь поперечного сечения ребра).Если на поверхности нет оребрения,то коэффициент эффективности ребраРис.
5.35. Ребристыйрадиаторвоздушного охлажденияKP=1Конвективный коэффициент теплопередачи a K определяется по критери218алышм уравнениям (5.4) и (5.5). При этом характерный размер конструкции радиатора L=b/2 , где b — расстояние между ребрами.Для пластинчатого радиатора с вертикально ориентированными ребрами критерий Нуссельта рассчитывается по формулам:Nu = 1.4[ (1 + 0.113GrL / D ) + 0.33GrL / D − (1 + 0.113GrL / D )] при GrL/D<7Nu = 0,64+ 0,023GrL/D при 7≤GrL/D<20;Nu = 0,5(GrL/D) при GrL/D≥20,где D — длина ребра радиатора (см.
рис. 5.35).Коэффициент теплопередачи излучением α л находят по формулам (5.33), (5.34) и (5.36).Расчет радиаторов заключается в определении параметров конструкции при заданном перегреве поверхности (проектный расчет) или вопределении перегрева поверхности при известных геометрическихразмерах радиатора (поверочный расчет). Задача решается методом последовательных приближений.5.5. Тепловые режимы конструкций РЭСс естественным воздушным охлаждениемЕстественное воздушное охлаждение конструкций РЭС являетсянаиболее простым, надежным и дешевым способом охлаждения и осуществляется без дополнительной затраты энергии. В конструкциях сестественным воздушным охлаждением отсутствует конструктивнаяизбыточность, поскольку функции элементов системы охлаждения выполняют элементы, образующие структуру конструкции.
Однако эффективность естественного воздушного охлаждения относительнонизка (см. табл. 5.7). Поэтому данный вид охлаждения может применяться в конструкциях РЭС, работающих в облегченном тепловом режиме.Передача тепла от конструкции окружающей среде осуществляетсяконвекцией и излучением. Вывод тепла на корпус конструкции от внутренних источников происходит за счет всех трех видов теплопередачи.Различают две разновидности конструкций РЭС, в которых применяется естественное воздушное охлаждение: конструкции с герметичным для тепловых процессов кожухом и конструкции с перфорированным кожухом. Применительно к последним естественное воздушноеохлаждение называют естественной воздушной вентиляцией.219Процессы теплообмена конструкций с окружающей средой в значительной степени определяются их структурой.
Поэтому все существующие конструкции РЭС можно разделить на классы, для каждого из которых характерна тепловая модель и набор показателей, необходимыхдля оценки теплового режима. Одним из признаков классификации может служить структура нагретой зоны конструкции (расположение вконструкции источников тепла). На основе этого признака произведенаклассификация рассмотренных ниже конструкций РЭС.5.5.1. Тепловое моделирование и расчет теплового режимаконструкций РЭС с источниками тепла, распределенными в объемеК данному классу конструкций РЭС относятся конструкции блоковкнижного, веерного и разъемного типов. Общим для них является то,что нагретая зона представляет собой объем, занимаемый собраннымив блок функциональными ячейками (ФЯ).
Самая «горячая» точка конструкций — центр нагретой зоны.Схематическое изображение конструкции приведено на рис. 5.36, а.Блок функциональных ячеек (нагретая зона) 1 размещен в корпусе 2 изакреплен на корпусе с помощью установочных элементов (бобышек,втулок, кронштейнов, угольников и др.) 3.Рис. 5.36. Тепловая модель конструкции блока с объемной нагретойзоной:а — схемотехническое изображение конструкции; б — тепловая схемаПри построении тепловой модели принимаются следующие допущения:нагретая зона является однородным анизотропным телом;источники тепла в нагретой зоне распределены равномерно;поверхности нагретой зоны и корпуса — изотермические со среднеповерхностными температурами t3, tк вн, t к н соответственно.Тепло от центра нагретой зоны с температурой t30 теплопроводностью(эквивалентная тепловая проводимость σ3) выводится на поверхностьнагретой зоны.220С поверхности нагретой зоны посредством конвективной (σЗК) илучевой (σЗЛ3) теплопередачи через воздушные прослойки, теплопроводностьюконтакта «нагретая зона — установочные элементы» (σтк)и самихустановочных элементов (σЗ.Г) тепло передается на внутреннюю поверхностькорпуса.
За счет теплопроводности стенок (σ с к )тепло выводится нанаружную поверхность корпуса,откуда конвекцией(α к к ) и излучением (αк л)переносится в окружающее пространство.Тепловая схема, отражающая процесс теплообмена в конструкции, приведена на рис. 5.36,6. Критериальной оценкой теплового режима конструкций является температура в центре нагретой зоны t З.О. Как следует изтепловой схемы рис. 5.36, б,tЗ.0=tЗ+P/σЗσ σt З = t К .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
