Уч. Пособие к лаб. раб. по ОКТРЭС 2005_ (560666), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Приопределении класса конструкций учитывают такие признаки, как структуранагретой зоны, способ охлаждения нагретой зоны, способ охлаждения кожуха идр.Тепловую модель конструкции или класса получают в результатеанализа конструкций, выявления их теплофизических свойств и идеализации43процессов теплообмена.
Наиболее часто тепловое моделирование выполняетсяметодами изотермических поверхностей и однородного анизотропного тела.Метод изотермических поверхностей предполагает выделение вконструкции поверхностей с одинаковыми или условно одинаковымитемпературами в каждой точке поверхности. Считается, что теплообменосуществляется между этими поверхностями. В зависимости от конкретнойзадачи исследования к изотермическим поверхностям конструкций относятповерхность корпуса со среднеповерхностной температурой tк, поверхностьнагретой зоны с температурой tз, поверхность отдельной функциональнойячейки с температурой tзj, поверхность отдельного элемента с температурой tэл jи т.д.Пример построения тепловой модели методом изотермическихповерхностей приведен на рис.
3.1 (а – схематическое изображение исходнойконструкции; б, в – тепловые модели блока, построенные по методуизотермических поверхностей).Метод однородного анизотропного тела состоит в представлении реальнойконструкции или её части однородным анизотропным телом в видепрямоугольного параллелепипеда, для которого находят эквивалентныекоэффициенты теплопроводности по направлениям осей координат λx, λy, и λz.При известных коэффициентах теплопроводности и геометрических размерахтела lx, ly, lz можно определить тепловое сопротивление между центром тела и44его поверхностью:R0 =C lz4 лz lx lyЗдесь C – коэффициент, зависящий от отношений геометрических размеров телаи эквивалентных коэффициентов теплопроводности.
Значение C обычнопредставляют графически (см. рис. ПI в приложении). Графики строят дляопределенных условий выбора направлений осей координат однородногоанизотропного тела. Такими условиями являются неравенстваlz < lx lz/lxиlz < ly lz/lyЗначение R0 позволяет найти температуру в центре однородного тела t0 = tS +R0P, где tS – температура на поверхности тела; P – суммарный тепловой потокисточников, расположенных внутри тела.Для определения эквивалентных коэффициентов теплопроводностиконструкции λx, λy, λz необходимо: выделить в структуре конструкцииэлементарную тепловую ячейку, состоящую из однородных потеплофизическим характеристикам простейших тел правильной геометрическойформы; составить схемы теплопередачи в ячейке по направлениям x, y, z и врезультате преобразования схем найти тепловые проводимости ячейки σяx, σяy,σяz; через тепловые проводимости элементарной конструкции lx, ly, lz найтитепловые проводимости эквивалентного анизотропного тела σx, яy, σz икоэффициенты теплопроводности λx, λy, и λz.Элементарная тепловая ячейка представляет собой наименьший объем,включающий один или несколькотепловыделяющих элементов,многократное повторениекоторого по трем направлениямпозволяет воспроизвестиисходную конструкцию.
Если вконструкции с геометрическимиразмерами lx, ly, lz понаправлениям осей координатукладывается соответственно k,m, n элементарных тепловыхячеек (рис. 3.2), то45σx =mnσяx;kλx =σy =knσяy;mλy =σx =kmσяz;nλz =lxσx;ly lzlylx lzσy;lzσz.lx lyМетод однородного анизотропного тела применим к конструкциямМЭА с регулярной структурой, т.е. к конструкциям, содержащим большоечисло одинаковых в конструктивном отношении элементов, повторяющихся вовсех трех измерениях.Для расчета показателей теплового режима конструкций МЭАиспользуются методы: последовательных приближений, тепловойхарактеристики и коэффициентный.Метод последовательных приближений основан на итеративномпроцессе вычисления перегрева Vj или температуры tj.
Начальным значениемперегрева V'j (температуры t'j) jой точки конструкции или изотермическойповерхности задаются произвольно, после чего определяют суммарнуютепловую проводимость σ'Σ и расчетное значение перегрева V'jP (температурыt'jP) в первом приближении:V'jP = P у' ;Уt'jP = tc + P у' .УПри выполнении неравенства |V'j - VjP|< δ, где δ = 1...20С, за истинноезначение перегрева принимают V'j или V'jP.
Если неравенство не выполняется, топовторяют расчет, положив V"j = V'jP.Метод тепловой характеристики состоит в построении по расчетнымданным зависимости Vj = Vj(P), по которой для любого значения тепловогопотока P можно найти перегрев итемпературу jой точки или изотермическойповерхности.Для построения тепловойхарактеристики задаются произвольнымзначением перегрева V'j, определяют σ'Σ идалее тепловой поток P'= σ'Σ·V'j, которыйспособна рассеять конструкция приданных условиях теплообмена.Координаты V'j и Pj служат одной точкойтепловой характеристики; второй точкой является начало координат.
Такимобразом, тепловая характеристика представляет собой прямую, проходящуючерез начало координат и точку с координатами V'j и P' (рис. 3.3).В коэффициентном методе для определения перегрева используетсятеоретическое соотношение46nVj = V0j∏Kii= 1где V0j – значение перегрева в типовой конструкции при исходныхзначениях параметров конструкции и окружающей среды; Kj=Vij/V0j –коэффициенты, характеризующие парциальное влияние отклонений параметровна показатели теплового режима, Vij – значение перегрева jой точки конструкциипри изменении iго параметра; n – число влияющих на перегрев параметров.Значения V0j и Kj находят из графиков, построенных поэкспериментальным или расчетным данным.Ввиду того, что коэффициенты Ki различны для разных классовконструкций, возможности коэффициентного метода ограничиваютсяприменимостью его лишь к определённому классу конструкций.О п иса н ие об ъе кта исс ле до ва нияПроводится исследование теплового режима блока цифровой РЭС IVпоколения.
Конструкция блока показана на рис. 3.4.Рис. 3.4Блок собран на пяти односторонних функциональных ячейках 3, накаждой из которых размещено по восемь бескорпусных резистивныхситалловых подложек типоразмера 24х30 мм. Металлическая рамка ячейки сгабаритными размерами 154х91х6 мм изготовлена из алюминиевого сплава Д16.
Коммутационная плата ПП выполнена из фольгированногостеклотекстолита СФ-1 толщиной 1,5 мм. Печатные проводники платыобеспечивают параллельное соединение микросборок и входное сопротивлениеблока около 40 Ом. Крепление ПП к металлической рамке и подложек ктеплоотводящим планкам производится с помощью эпоксидного клея ЭДП.
Длязащиты от влаги ячейка покрывается одним слоем лака УР-231.ФЯ собираются в пакет с габаритными размерами 154х91х30 мм. Пакет ячеекшестью латунными винтами 6 М 3х35 крепится к бобышкам 2 основаниякорпуса, имеющим высоту 8 мм.47Корпус микроблока 1 с габаритными размерами 183х108х46 ммвыполнен из алюминиевого сплава Д16. На передней стенке основания корпусасмонтирован разъем 5, на который с помощью жгута из проводников МГТФвыведены цепи питания ФЯ и температурные датчики. Для герметизации блокамежду основанием и крышкой 4 устанавливается эластичная резиноваяпрокладка 7.
Крепление крышки к основанию производится десятью винтами М3х8. На внешнюю поверхность корпуса нанесено оксидное покрытие.48Те пло ва я мо дель микробло каДля составления тепловой модели блока пользуются методамиизотермических поверхностей и однородного анизотропного тела.Предполагается, что поверхность корпуса блока и поверхность нагретой зоныявляются изотермическими соответственно со среднеповерхностнымитемпературами tк и tз. Нагретая зона представляет собой однородноеанизотропное тело с эквивалентными коэффициентами теплопроводности λx, λy,и λz.
Тепло, выделяемое резисторами микросборок за счет теплопроводностинагретой зоны, передается на её поверхность. С поверхности нагретой зонытеплопроводностью воздушных прослоек (в прослойках малой толщиныконвективный теплообмен мало эффективен), теплового контакта междунижней ФЯ и бобышками основания, теплопроводностью самих бобышек, атакже излучением тепло передаётся на корпус, оттуда конвекцией и излучением– в окружающее пространство. Тепловая схема микроблока приведена на рис.3.5, где приняты следующиеобозначения: σзо – тепловаяпроводимость между центромнагретой зоны и еёповерхностью; σзкл, σзкв –тепловые проводимости междуповерхностью нагретой зоны икорпусом при лучевой икондуктивной теплопередачечерез воздушные прослойки;σзкэ=σтк· σб/(σтк + σб) – эквивалентная тепловая проводимость тепловогоконтакта и бобышек основания; σкск, σксл – тепловые проводимости междукорпусом и окружающей средой при теплообмене конвекцией и излучением.Со держа н ие рабо ты1.2.3.4.5.6.Ознакомление с краткими теоретическими сведениями и порядкомвыполнения работы.Построение тепловой модели микроблока.
Подготовка исходныхданных для расчета показателей теплового режима микроблока.Расчет на ЭВМ среднеповерхностной температуры корпуса нагретойзоны и температуры в центре нагретой зоны.Исследование связи показателей теплового режима с параметрамиконструкции.Экспериментальное исследование показателей теплового режимамикроблока.Оценка точности тепловой модели.49О п иса н ие лабо ра торной у с та нов к иЛабораторная установка состоит из исследуемого микроблока,электронного термометра(ЭТ), источников питаниямикроблока (ИП1) иэлектронного термометра(ИП2).С помощьюисточника ИП1устанавливается заданныйтепловой режим блока.Источник ИП2 обеспечиваетпитанием схему ЭТ.Датчиком температуры в ЭТ служит бескорпусной транзистор 2Т318 в диодномвключении. Обратное сопротивление коллекторного p-n перехода транзистораявляется элементом измерительного моста.
Напряжение разбаланса мостаусиливается операционным усилителем, на выходе которого включенизмерительный прибор М262М. Шкала прибора проградуирована в оС, ценаодного деления шкалы 2оС. В микроблоке установлено 10 датчиков. Датчики 1,2, 3, 10 размещены на корпусе блока, датчики 4, 5, 6, 8, 9 – на поверхностинагретой зоны, датчик 7 – в центре нагретой зоны. Опрос датчиковпроизводится с помощью кнопочных переключателей, смонтированных напередней панели ЭТ. Структурная схема лабораторной установки приведена вприложении на рис.
П.3.1 (выдается лаборантом).По рядо к выпо лн е ни я рабо ты1. Получить задание у преподавателя: значение теплового потока P,рассеиваемого блоком (Р=3…10 Вт), и список параметров конструкции,значения которых предстоит связать с показателями теплового режима блока.Полный список параметров блока и пределы изменения приведены в табл.П.3.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
