УП Констр РЭС КП и ДП 2007_ (560572), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Определение по формуле (6.1) теплового сопротивления R0 между центром и поверхностью нагретой зоны позволяет найти температуру t0 центранагретой зоны как самой «горячей» точки в пределах конструкции. Знаниеэтой температуры уже достаточно для объективной оценки теплового режима. Однако возможности метода существенно расширяются, если воспользоваться приближенной формулой, позволяющей определить тепловое сопротивление между любой внутренней точкой однородного анизотропного параллелепипеда и его поверхностьюROj=R0 (1-l2j / L2j),(6.3)где lj — расстояние между центром параллелепипеда и точкой j; Lj – расстояние между центром параллелепипеда и его поверхностью по прямой,проходящей через точку j.Если с j-й точкой нагретой зоны связано положение некоторого радиоэлемента, то формула (6.3) позволяет найти его температуру какt0j=ts+R0j PУсловия применения метода однородного анизотропного тела и порядок построения тепловой модели РЭС подробно изложены в [4, 24].6.2 Методы расчета тепловых режимов РЭСОдной из основных задач расчета показателей теплового режима является определение температур в некоторых критических точках конструкцииили построение тепловой характеристики, т.е.
зависимости температуры илиперегрева j-й точки (области конструкции) от теплового потока при заданной температуре окружающей среды tctj = tc+f(P), ∆tj = tj-tc=f(P).При передаче тепла теплопроводностью, конвекцией и излучением∆tj=P/σΣ,где σΣ = σT + σK + σл — эквивалентная тепловая проводимость между j-йточкой конструкции и окружающей средой.46Ввиду того что составляющие σΣ зависят как от температуры tj, так иот температуры окружающей среды tс, задача расчета tj и ∆tj, в общем случае является неопределенной.
Для исключения неопределенности используются специальные приемы, положенные в основу наиболее часто применяемых методов расчета показателей теплового режима: метода последовательных приближений и метода тепловой характеристики.Метод последовательных приближений представляет собой итеративный процесс установления соответствия с некоторой наперед заданной точностью между температурой tj или перегревом ∆tj, эквивалентной тепловойпроводимостью σΣ и тепловым потоком Р.Начальное значение перегрева ∆t'j (температуры t'j) j-й точки или области конструкции задают произвольно, после чего находят σ'Σ и расчетноезначение перегрева ∆t'jp (температуры t'jp), в первом приближении∆t' jp = P/σ'Σ , t' jp = toc + P/σ'Σ .При выполнении неравенства |∆t'j – ∆t'jp| ≤ δ, где δ = (1…2)°С, за истинное значение перегрева принимают ∆tj или ∆t'jp.
Если неравенство невыполняется, то расчет повторяется во втором приближении при ∆t''j = ∆t'jp.Более подробно порядок решения задачи можно представить следующим образом:• задают значение перегрева ∆t'j в первом приближении;• для среднего значения температуры окружающей средыt'cp = 0,5[tc + (tc + ∆t'j)] c помощью критериальных уравнений или по номограмме определяют конвективный коэффициент теплопередачи α'к;• для температуры tj' = tc + ∆t'j находят коэффициент теплопередачиизлучением α'л;• определяют коэффициент теплопередачи теплопроводностью αТ иэквивалентную тепловую проводимость σ'Σ=αT Scp+α'к S + α'л S, где S —площадь поверхности теплообмена;• находят расчетное значение перегрева для заданного теплового потока ∆t'jp = P/σ'Σ ;• проверяют условие |∆t'j- ∆t'jp| ≤ δ, где δ – допустимое отклонениерасчетного значения перегрева от принятого в первом приближении; еслинеравенство не выполняется, то повторяют расчет во втором приближениипри ∆t''j= ∆'tjp.47Количество приближений в расчетной процедуре зависит от величиныδ и того, насколько удачно задано значение перегрева в первом приближении.Метод тепловой характеристики состоит в построении по расчётнымданным зависимости ∆tj= f(P), по которой для любого значения тепловогопотока Р можно найти перегрев и температуру j-й точки или области конструкции.∆t∆t''∆t∆t'PP'P''РРис.
6.1. Общий вид тепловой характеристикиДля построения тепловой характеристики задают произвольное значение перегрева ∆t'j , ∆t''j, близкие к ожидаемому перегреву ∆tj ,как и в методепоследовательных приближений; находят эквивалентную тепловую проводимость между j-й точкой и окружающей средой σ'Σ, затем тепловой потокР' = σ'Σ ∆t'j ,аналогично, Р'', который способна рассеять конструкция приданных условиях теплообмена.
Значения ∆t'j , Р' и ∆t''j , Р'' являются координатами точек, лежащих на тепловой характеристике (рис. 6.1). При малыхперегревах ∆t'j , ∆t''j и малой разнице между ними тепловую характеристику можно приближенно представить наклонной прямой линией.
По тепловойхарактеристике может быть найдены перегрев и температура j-й точки илиобласти конструкции при любом заданном значении теплового потока P.Подробное изложение названных методов расчета показателей тепловых режимов, проиллюстрированное примерами, можно найти в [4, 24].6.3 Тепловое моделирование и расчет теплового режима РЭС систочниками тепла, распределенными в объемеК данному классу РЭС относятся конструкции блоков книжного, веерного и разъемного типов. Общим для них является то, что нагретая зонапредставляет собой объем, занимаемый собранными в пакет функциональ48ными ячейками (ФЯ). Самая «горячая» точка конструкций - центр нагретойзоны.Схематическое изображение конструкции приведено на рис.
6.2,а. Пакет функциональных ячеек (нагретая зона) 1 размещен в корпусе 2 и закреплен на корпусе с помощью установочных элементов 3 (бобышек, втулок,кронштейнов, угольников и др).Рис. 6.2. Тепловая модель конструкции блока с объемной нагретой зонойа — схематическое изображение конструкции; б — тепловая схемаПри построении тепловой модели принимаются следующие допущения:• поверхности корпуса и нагретой зоны являются изотермическими;• нагретая зона представляет собой однородное анизотропное тело.Тепло от центра нагретой зоны с температурой tз0 теплопроводностью(эквивалентная тепловая проводимость σз) выводится на поверхность нагретой зоны.
С поверхности нагретой зоны посредством конвективной (σзк) илучевой (σзл) теплопередачи через воздушные прослойки, теплопроводностью контакта «нагретая зона - установочные элементы» (σтк) и самих установочных элементов (σзт) тепло передается на внутреннюю поверхностькорпуса. За счет теплопроводности стенок (σск)тепло выводится на наружную поверхность корпуса, откуда конвекцией(σкк) и излучением (σкл) переносится в окружающее пространство.Тепловая схема, отражающая процесс теплообмена конструкции с окружающей средой, приведена на рис.
6.2, б.Критериальной оценкой теплового режима блока является температурав центре нагретой зоны tз0. Как следует из тепловой схемы рис. 6.2,бtз0 = tз+P/σз ,49t з = t К .ВН +Pσ З .К . + σ З . Л +σ Т .К .σ З.Т .σ Т .К + σ З.Тtк вн. = tк н +P/σскtк.н = tc + P/(σк к + σкл.)Здесь Р — тепловой поток, рассеиваемый конструкцией; σз – тепловаяпроводимость нагретой зоны от центра к ее поверхности:σЗ =4λZ l X lYclZгде λZ – эквивалентный коэффициент теплопроводности нагретой зоны понаправлению z; lx, ly, lz – приведенные геометрические размеры нагретойзоны по соответствующим направлениям осей координат; С – коэффициентформы нагретой зоны, определяемый по графикам [4, 24]; σЗК – конвективно-кондуктивная тепловая проводимость между нагретой зоной и внутренней стенкой корпуса:σ З.К .
=к П λ В ( S З + S К.ВН. )l СР2где КП – поправочный коэффициент на конвективный теплообмен в условиях ограниченного пространства; λВ – коэффициент теплопроводности воздуха для среднего значения температуры воздуха в прослойке; lСР – среднеерасстояние между нагретой зоной и кожухом; S3 – площадь поверхностинагретой зоны; SК ВН – площадь внутренней поверхности корпуса; σ3Л –тепловая проводимость теплопередачи от нагретой зоны к внутренней стенке корпуса излучением:σ3Л =αЗЛ SЗгде αЗЛ – коэффициент теплопередачи излучением; σТК – тепловая проводимость контакта между нагретой зоной и установочными элементами; σЗТ– тепловая проводимость установочных элементов:σ З.Т.
=50nλSl СРгде п – число элементов; λ – коэффициент теплопроводности материала; l –длина установочных элементов по направлению теплового потока; SCP –площадь средней изотермической поверхности, перпендикулярной направлению теплового потока; σСК – тепловая проводимость стенок кожуха;σ CK =λ CK ( S K.BH + S K.H )δ CK2где λСК – коэффициент теплопроводности материала корпуса; δСК – толщина стенки; SК ВН, SК Н – площади внутренней и наружной поверхностейкорпуса; σК К – тепловая проводимость от наружной поверхности корпуса ксреде для конвективной теплопередачи:σК К = αК SК Нгде αК - коэффициент теплопередачи; σКЛ=αЛ SК Н — тепловая проводимость от наружной стенки корпуса к среде для теплопередачи излучением;αЛ — коэффициент теплопередачи излучением.Расчет показателей теплового режима блоков может быть выполненметодом последовательных приближений или тепловой характеристики. Вориентировочных расчетах для определения тепловой проводимости σЗ отцентра нагретой зоны к ее поверхности можно воспользоваться усредненными значениями эквивалентных коэффициентов теплопроводности нагретой зоны: λx = λz = 0,35 Вт/(м • К), λy, =0,09 Вт/(м • К).
Оси координат Ох иOz лежат в плоскости плат функциональных ячеек, ось Оу — перпендикулярна плоскостям плат.Для условий теплообмена в ограниченном пространстве коэффициенттеплопередачи излучением αЛЗ может быть принят равным 7 Вт/(м2 К).Порядок расчета тепловой контактной проводимости σТК подробно изложен в [4, 24].При малой толщине стенки (δСК = 1,5...2 мм) тепловым сопротивлением стенок корпуса, выполненного из металлических сплавов с высоким коэффициентом теплопроводности, обычно пренебрегают. Однако если используется корпус из пластмассы, то тепловую проводимость стенок σСКнеобходимо учитывать.Для определения конвективного αК и лучевого αЛ коэффициентов теплопередачи в условиях неограниченного пространства (теплообмен между51наружной стенкой кожуха и окружающей средой) можно воспользоватьсяномограммами [24, 25].6.4 Тепловое моделирование и расчет теплового режима блоковцифровых РЭС на микросборкахБлоки цифровых РЭС на микросборках обычно выполняются в видеконструкций книжного типа (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
