Назаров_Конструирование_РЭС (560499), страница 38
Текст из файла (страница 38)
ВН + P / σ З . К . + σ З . Л + Т .К . З .Т .σ Т . К + σ З .ТtК.ВН.= tК.Н +P/σC.K.tК.Н =tC+P/(σK.K+σК.Л.)Здесь Р — тепловой поток, рассеиваемый конструкцией;σ3 — тепловая проводимость нагретой зоны от центра к ее поверхности:σЗ =4λ Z l X lYcl Zгде λz — эквивалентный коэффициент теплопроводности нагретой зоны по направлению z; lx, ly, lz — приведенные геометрические размеры нагретой зоны по соответствующим направлениям осей координат; С — коэффициент формы нагретой зоны, определяемый по графикам рис.
5.16;σ 3 к — конвективно-кондуктивная тепловая проводимость междунагретой зоной и внутренней стенкой корпуса:σ З.К . =к П λВ(S З + S К . ВН . ) / 2lСРгде к п — поправочный коэффициент на конвективный теплообмен вусловиях ограниченного пространства; λ, В — коэффициент теплопро221водности воздуха для среднего значения температуры воздуха в прослойке; lСР — среднее расстояние между нагретой зоной и кожухом;S 3 — площадь поверхности нагретой зоны; S к вн — площадь внутренней поверхности корпуса;σ 3 л — тепловая проводимость теплопередачи от нагретой зоны квнутренней стенке корпуса излучением:где α л — коэффициент теплопередачи излучением; σ т к — тепловаяпроводимость контакта между нагретой зоной и установочными элементами;σ 3 т— тепловая проводимость установочных элементов:σ З .Т .
=nλS СРlгде п — число элементов; λ — коэффициент теплопроводности материала; l— длина установочных элементов по направлению тепловогопотока; SCP — площадь средней изотермической поверхности, перпендикулярной направлению теплового потока;σ с к — тепловая проводимость стенок кожуха;σ CK =λCK( S K .BH + S K . H ) / 2δ CKгде λ с к— коэффициент теплопроводности материала корпуса; δ с к—толщина стенки; S к вн, S к н — площади внутренней и наружной поверхностей корпуса;σкк— тепловая проводимость от наружной поверхности корпуса ксреде для конвективной теплопередачи:σ к .к = α кSк .нгде α к — коэффициент теплопередачи; σкл=αлSкн — тепловая проводимость от наружной стенки корпуса к среде для теплопередачи излучением; α л — коэффициент теплопередачи излучением.Расчет показателей теплового режима блоков может быть выполненметодом последовательных приближений или тепловой характеристики.
В ориентировочных расчетах для определения тепловой проводимости ст 3 от центра нагретой зоны к ее поверхности можно воспользоваться [20] усредненными значениями эквивалентных коэффициентов222теплопроводности нагретой зоны: λ.х = λ,z = 0,35 Вт/(м • К),λY, =0,09 Вт/(м • К). Оси координат Ох и Oz лежат в плоскости платфункциональных ячеек, ось Оу — перпендикулярна плоскостям плат.Для условий теплообмена в ограниченном пространстве коэффициент теплопередачи излучением α лз может быть принят равным7 Вт/(м2-К).Порядок расчета тепловой контактной проводимости σ тк изложен вразд. 5.4.1.При малой толщине стенки (δ с к = 1,5...2 мм) тепловым сопротивлениемстенок корпуса, выполненного из металлических сплавов с высокимкоэффициентом теплопроводности, обычно пренебрегают. Однако еслииспользуется корпус из пластмассы, то тепловую проводимость стенок σ с кнеобходимо учитывать.Для определения конвективного α к и лучевого αл коэффициентовтеплопередачи в условиях неограниченного пространства (теплообменмежду наружной стенкой кожуха и окружающей средой) можно воспользоваться номограммами рис.
5.9 и 5.10.5.5.2. Расчет собственного и наведенного перегреваПерегрев любой точки или области конструкции является результатом взаимодействия источников тепла. Он складывается из собственного и наведенного перегревов. Собственный перегрев определяется действием источника тепла, расположенного в j-й точке при условии, чтоостальные источники выключены. Наведенный перегрев обусловлендействием всех источников тепла, кроме расположенного в j-й точке.Для расчета собственного и наведенного перегревов тепловая модель должна быть детализирована до выделения отдельных источников тепла или групп источников.
Решение задачи иллюстрируется напримере блока разъемного типа, когда каждая функциональная ячейкарассматривается как нагретая зона с распределенными в ней источниками тепла. Данная модель позволяет рассчитывать собственный и наведенный перегревы функциональных ячеек и получать распределениетемпературы внутри нагретой зоны блока.Схематическое изображение конструкции блока приведено нарис. 5.37.В металлическом корпусе 1 размещено m функциональных ячеек,собранных на корпусированных ИС.
Каждая ячейка представляет собойнагретую зону. Поверхности всех т нагретых зон — изотермические с223температурамиt3i.Высотаi-йнагретой зоны h3i = Ki3b + δП , где Ki3 —коэффициентзаполненияi-йфункциональной ячейки; b — шаг размещения ячеекв блоке; δп — толщина печатной платы.Из-замалыхвоздушныхзазоровтеплообменмеждуфункциональными ячейками (2...3 мм) можно рассматриватькакпроцесспередачитеплатеплопроводностьючерезограниченную многослойную стенку.От платфункциональных ячеек кРис. 5.37.
Схемотехническое корпусу и от корпуса к окружающей средеизображение блока кассетной тепло передается конвекцией и излучением.Поверхности корпуса и функциональных ячеекконструкции(нагретых зон) принимают за изотермические сосреднеповерхностнымитемпературами tK и t3i . Кроме того, считают, что функциональныеячейки однотипны по конструкции, коэффициенты заполнения всехплат одинаковы, воздушный зазор между ячейками b1 , =b -h3i постоянен по всей площади платы.Перегрев поверхности каждой ячейки складывается из собственного перегрева Δ t., обусловленного действием только собственных источниковтепла Р i и наведенного Δ tf H в результате действия источников тепла всехФЯ, кроме i-й.Тепловые схемы блока для расчета собственного и наведенного перегревов приведены на рис. 5.38 и 5.39 соответственно. На схемах принятыследующие обозначения: t c — температура окружающей среды; Δ t к —перегрев корпуса блока; t3,-, Δ13,- — среднеповерхностная температура иперегрев i-й функциональной ячейки; R σ0 — тепловое сопротивлениевоздушной прослойки между крайними ячейками и кожухом; R σ —тепловое сопротивление между соседними ячейками; R B тепловоесопротивление воздушных прослоек между торцевыми поверхностямиФЯ и кожухом.Предполагается, что тепловой поток Р i рассеиваемый нагретой зоной i-й ФЯ, распространяется влево и вправо от ячейки.При этом часть теплового потока, идущая в левую сторону, Рiл обратно пропорциональна тепловому сопротивлению левой от i-й функциональной ячейки ветви Рiл.
Составляющая теплового потока, рас224Рис. 5.38. Тепловая схема блока для расчета собственного перегрева:а — исходная схема; б — преобразованнаяРис. 5.39. Тепловая схема блока для расчета наведенного перегревапространяющаяся в правую сторону, Р iп обратно пропорциональнатепловому сопротивлению правой ветви Р iп (рис. 5.38, б).Как следует из тепловой схемы рис. 5.38, а,Riл =[ R(i-1)л(Rв + Rσ)+RвRσ]/(R(i-1)л + Rв).(5.44)R i.п = [(Rб+R(i+1)п)Rв]/(Rв+Rб+R(i + 1 ) П ) ,(5.45)гдеR1л = Rб0, i=l, 2..............
т.225При известных значениях R iповерхности i-й ФЯли R iп собственный перегревΔti,. = Δtik + PiRiл.Riп /(Riл+ Riп)(5-46)где Δ t {к — перегрев кожуха блока, обусловленный тепловым потоком1-й функциональной ячейки.Расчет наведенного перегрева производится по тепловой схемерис. 5.39. Тепловой поток s-й функциональной ячейки РS ,распространяясь влево и вправо (РS =PSJ1 + Psn), определяет значениянаведенных на соседних ячейках перегревов. Из схемы рис.
5.39PSJ1=(ΔtS - ΔtSK)/RSЛ(5-47)PSП=(ΔtS - Δt K)/RSП(5.48)Входящие в (5.47) и (5.48) тепловые сопротивления PSJ1и PSП рассчитываются по формулам (5.44) и (5.45), собственный перегрев s-йячейки Δ ts — по формуле (5.46).Перегревы, наведенные на функциональные ячейки, расположенные слева от s-й, определяются соотношениями:Δt S ( S - 1 ) = Δt S - P S Л R σ ;P * ( S - 1 ) Л = ( Δt S ( S - 1 ) - Δt S K ) / R BP ( S - 1 ) Л = P S Л - P * ( S - 1 ) Л ; Δt S ( S - 2 ) = Δt S ( S - 1 ) - P ( S - 1 ) Л R σ ; …… ; P* 2 Л =( Δt S 2 - Δt S K ) /R B ; P 2 Л = P 3 Л - P* 2 Л ; Δ t S 1 = Δt S 2 - P 2 Л R σПерегревы, наведенные на ФЯ, расположенные справа:P*SП=( Δt S - Δ t S K ) /R B ; P ( S + 1 ) П = P S П - P* S П ;Δt S ( S + 1 ) = Δt S - P ( S + 1 ) П R σ ; P* ( S + 1 ) П = ( Δ t S ( S + 1 ) - Δ t S K ) /R BP ( S + 2 ) П = P ( S + 1 ) П - P* ( S + 1 ) П ; …;P m П = P ( m - 1 ) П - P * ( m - 1 ) ПΔt S m = Δ t S ( m - 1 ) - P m П R σ226Перегрев поверхности i-й функциональной ячейки с учетом собственного и наведенного перегревов согласно принципу суперпозицииможно найти какm∆t Зi = ∆t i + ∑ ∆t SiS =1S ≠iТепловое сопротивление R 6 0 обусловлено конвективно-кондуктивной илучевой теплопередачами через воадушную прослойку междубоковой поверхностью крайней платы и внутренней боковой стенкойкожуха:RбО=Δy/(кпλBS cр + αЛSПЛΔу),где Δ у — толщина воздушной прослойки; к п — поправочный коэффициент наконвективную теплопередачу; λв — коэффициент теплопроводности воздуха;Sср = 0,5(Sпл + Sстб) — площадь средней изотермической поверхности; S ПЛ =lплxlпyx — площадь поверхности платы ФЯ; 1ПЛХ, /ПЛ2 — геометрические размерыплаты; S стб— площадь внутренней боковой стенки кожуха; α л — коэффициенттеплопередачи излучением.Тепловое сопротивление R B характеризует конвективно-кондуктивную и лучевую теплопередачи между торцевой поверхностью функциональной ячейки и внутренней поверхностью кожуха, охватывающейторцевые поверхности ФЯ (нагретых зон):Rв = ΔX/(кпλвSср + αлSiтΔх),где ΔX — средняя толщина воздушной прослойки между торцевойповерхностью нагретых зон и внутренней поверхностью кожуха; SCP == 0,5(SiT + SКВН) — площадь средней изотермической поверхности;SiT = 2 h 3i(lплх +lплz) — площадь торцевой поверхности i-й нагретойзоны; S к вн— площадь внутренней поверхности кожуха, охватывающейторцевые поверхности нагретых зон.Тепловое сопротивление между соседними платами R σ = b/λуSпл,где λy, —эквивалентный коэффициент теплопроводности нагретой зоны блока понаправлению y- Определение λy, производится в результа227те моделирования нагретой зоны блока, состоящей из m функциональных ячеек, однородным анизотропным телом.5.5.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
