Назаров_Конструирование_РЭС (560499), страница 40
Текст из файла (страница 40)
5.45, а)характеризуется тем, что воздухпод давлением, создаваемым нагнетателем, поступает в конструкцию, отбирает тепло от элементови выбрасывается в окружающуюсреду или поступает в вытяжнойРис. 5.45. Схемывоздуховод (коллектор).принудительного возВ вытяжной системе (рис. 5.45, б)душного охлаждения:а — приточная; б — вытяжная; вентилятор устанавливается на выв — приточно-вытяжнаяходе воздуха и отсасывает воздухиз кожуха конструкции.В приточно-вытяжной системе вентиляторы устанавливают на входеи выходе воздуха (рис. 5.45, в).Названные системы обладают определенными достоинствами и недостатками.
Так, например, достоинством приточной системы являетсяповышенное давление воздуха на входе, что способствует повышениюэффективности теплообмена. В то же время поступающий в системувоздух имеет повышенную температуру в результате подогрева частьюмощности, потребляемой электродвигателем вентилятора. В вытяжнойсистеме воздух' на входе имеет давление несколько ниже нормальногои поэтому менее эффективен как теплоноситель. Кроме того, в даннойсистеме электродвигатель вентилятора находится в потоке горячеговоздуха. Приточная и вытяжная системы имеют общий недостаток: онине препятствуют утечкам воздуха. Этого недостатка лишена приточновытяжная система охлаждения, позволяющая в несколько раз снизитьутечки.
Кажущаяся сложность приточно-вытяжной системы компенсируется лучшими экономическими показателями.Подход к построению тепловой модели РЭС с принудительным воздушным охлаждением опирается на рассмотренные в разд. 5.2 общиепринципы. Однако сложность модели существенно зависит от структуры нагретой зоны конструкции, принятых допущений и взаимодействияпотока охлаждающего воздуха с тепловыделяющими элементами.234Обратимся к конструкции блока РЭС с принудительнымвоздушным охлаждением, схематично изображенного на рис. 5.46, а.Поток охлаждающего воздуха протекает между поверхностью нагретойзоны 2 и кожухом 1 и осуществляет внешний обдув нагретой зоны.Температура воздуха на входе системы охлаждения t вх, на выходе — tвых.Поверхности нагретой зоны и кожуха считаются изотермическими иимеют среднеповерхностные температуры t3 и t K . Предполагается, чтовоздушный поток прозрачен для излучения.Рис.
5.46. Тепловая модель блока РЭС с принудительным воздушнымохлаждением:а — упрощенное изображение конструкции; б — тепловая схемаТеплообмен в блоке происходит следующим образом. Тепловойпоток Р, выделяемый элементами нагретой зоны, разделяется на двесоставляющие, одна из которых (Р1) конвекцией передается воздушномупотоку, вторая составляющая (Р2) — излучением на кожух блока. Скожуха часть тепла Р 3 рассеивается в окружающей среде (конвекция иизлучение), другая часть Р 4 уносится воздушным потоком (конвективнаятеплопередача).Тепловая схема процесса теплообмена блока приведена на рис.
5.46, б.На схеме приняты следующие обозначения: σ3 к — тепловая проводимость между нагретой зоной и кожухом блока; σк с — тепловая проводимость кожух—окружающая среда; σзв, σкв— тепловые проводимости отнагретой зоны и кожуха к воздушному потоку.По тепловой схеме составляются алгебраические уравнения,связывающие показатели теплового режима:Р = Р1+ Р2; Р2 = Р3+ Р4;(5.49)P=σз.в(tз-tв)+σз.к(tз-tк);(5.50)σз.к(tз-tк)=σкc(tk-tc)+σз.в(tк-tв)235где t B = 0,5 (t BX+t вых) — среднее значение температуры охлаждающеговоздуха.Третье уравнение, необходимое для получения решения, записываетсяв предположении, что все тепло, кроме рассеиваемого в окружающемпространстве, расходуется на повышение теплосодержания воздушного потока:P=σк.с(tк-tс) +w(tвых-tвх).(5.51)где w = GvρСp — условная тепловая проводимость воздушного потока (G v— объемный расход воздуха в системе охлаждения; ρ , С р-плотность иудельная теплоемкость воздуха при температуре t B).Неизвестными в уравнениях (5.49)—(5.51) являются среднеповерхностные температуры корпуса t к и нагретой зоны t3 , а также температура воздуха на выходе системы охлаждения t вых.
Совместное решениеуравнений дает возможность выразить эти температуры, если бы от нихне зависели тепловые проводимости. Поэтому задача может быть решена методом последовательных приближений или тепловой характеристики. Конвективные коэффициенты теплопередачи от нагретой зоныи внутренней поверхности кожуха находят, используя модели продольного или поперечного обтекания тел воздушным потоком, конвективный коэффициент теплопередачи от кожуха в окружающее пространртво — для случая естественной конвекции в неограниченном пространстве.Наличие в нагретой зоне блока каналов для протекания воздуха изменяет подход к построению тепловой модели и усложняет саму модель. Чтобы убедиться в сказанном, обратимся к блоку кассетной конструкции с принудительным воздушным охлаждением.
Схематическоеизображение конструкции приведено на рис. 5.47, а. Охлаждающийвоздух поступает через воздухораспределитель 3 в межплатные зазоры,поглощает рассеиваемое платами 2 тепло и выходит за пределы кожухаблока 1.Особенностью процесса теплообмена в блоках этого типа являетсянеравномерность температурного поля как в направлении движениявоздуха, так и в поперечном сечении блока. Тем не менее предполагается, что каждая плата представляет собой нагретую зону с изотермической поверхностью. Воздух, проходящий через блок, прозрачен длятеплового излучения, коэффициенты конвективного теплообмена поверхностей нагретой зоны и кожуха внутри блока одинаковы.Оценка стационарного теплового режима блока кассетной конструкции с принудительным воздушным охлаждением является тепло236Рис. 5.47.
Тепловая модель блока кассетной конструкции с принудительнымвоздушным охлаждением: а — упрощенное изображение конструкции;б — фрагмент тепловой схемыфизической задачей расчета конвективного теплообмена в плоском канале, образованном поверхностью платы и поверхностью нагретой зонысо стороны тепловыделяющих элементов. При этом ширина каналаδ к =b - h з , где b — шаг установки функциональных ячеек в блоке,h 3 —высота нагретой зоны.Исследование принудительного конвективного теплообмена в каналах, образованных платами с установленными на них радиоэлементами(каналы с незначительной шероховатостью), привело к следующимкритериальным зависимостям [20]:Nu = 0,35Red3/ln при Reds/ln< 11,3;Nu = l,5(Red3/ln)0.33 при Re<2200;(5.52)Nu = 0,029Rе0.8(dэ/lп)0.054 при Re>2200,где dЭ = 2(b — h3) = 2δК — эквивалентный гидравлический диаметр;l п —длина платы в направлении движения охлаждающего воздуха.Теплофизические параметры воздуха в критериальных уравнениях определяются при температуре t BX.Фрагмент тепловой схемы блока для трех функциональных ячеекприведен на рис.
5.47, б. Каждая из трех ячеек отдает тепло воздушному потоку (тепловая проводимость σ з в ), кожуху (σзк ), часть тепла с кожухауносится воздушным потоком (σ кв), оставшаяся часть рассеи237вается в окружающем пространстве (σ к с). Кроме того, осуществляетсявзаимный теплообмен между функциональными ячейками через тепловые проводимости σ б.Т епловая проводимость σ з в =α зв S 3 . Конвективный коэффициенттеплопередачи α3в находят с помощью критериальных уравнений(5.52). Проводимость σ3к характеризует теплопередачу излучением сторцевых поверхностей нагретых зон на кожух: σ3к=αзлSзл , где α3л —коэффициент теплопередачи излучением, S3л — площадь торцевойповерхности нагретой зоны.
Тепловая проводимость конвективнойтеплопередачикожухавоздушномупотокуσKB=αKBS k,гдеα к в ≈ α3 в. Проводимость σ кс характеризует теплопередачу наружнойповерхности кожуха окружающей среде конвекцией и излучением.Тепловую проводимость взаимного теплообмена а б находят в результате представления пакета функциональных ячеек однородным анизотропным телом.5.7. Тепловое моделирование конструкций РЭСс принудительным жидкостным охлаждениемПринудительное жидкостное охлаждение применяется в теплонагруженных конструкциях.
Тепло отбирается в результате прокачки через аппаратуру охлаждающей жидкости. Наибольшее распространениеэтот способ получил при охлаждении больших элементов, представляющих собой локализованные источники тепла. Охлаждающая жидкость прокачивается насосом через специальные каналы, выполненныев платах или кожухе аппаратуры.Одной из важных задач проектирования системы принудительногожидкостного охлаждения является выбор теплоносителя, который должен отвечать следующим требованиям:при выбранном режиме движения не должно происходить закипаниятеплоносителя на охлаждаемых поверхностях;теплоноситель в системе охлаждения должен быть пожаробезопасным;если охлаждаемые поверхности, контактирующие с теплоносителем,находятся под электрическим потенциалом,то теплоносительдолжен обладать высокими электроизоляционными свойствами;физические свойства теплоносителя не должны изменяться в диахшоне ргбочта.
темщшуо охлаждаемого объекта.238В качестве теплоносителей обычно применяются вода, водоспиртовые смеси (антифризы), кремнийорганические и фторорганическиежидкости. В системах принудительного жидкостного охлаждения возможны все три режима движения теплоносителя: ламинарный, переходный и турбулентный.В блоках РЭС принудительное жидкостное охлаждение применяется для отвода тепла от кожухов или нагретых зон.
При охлаждении кожухов трубопровод прокладывается по наружной или (чаще) по внутренней поверхности кожуха. Конструкция системы принудительногожидкостного охлаждения нагретой зоны блоков зависит от ее структуры. Так, в блоках с шасси трубопровод с теплоносителем прокладывается по верхней или нижней поверхности шасси между элементами исвязан с шасси сваркой или пайкой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
