Book5 (563558), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Δt’_KP = Р/σ'_Σ= 10/0,753= 13,3 ^○С.
Разность температурных перегревов

| Δt’_K - Δt’_KP | = | 10- 13,3 |=3,3 °С> (1 ...2) "С.

Следовательно, требуется выполнить расчет во втором приближе-
нии.

Перегрев корпуса во втором приближении Δt"_K = Δt' =13,3°C.

Температура корпуса t"_K=60+13,3=73,3°С. Среднее значение темпе-

202

ратуры окружающей среды t"_CP= 0,5 (60 + 73,3) = 66,7 ^○С. Теплофизиче-

ские параметры воздуха для t"_CP =66,7^○С: λ"_в=2,95Вт/м•^○С ;

ν"=19,67•10^-6м²/с; β"=2,94•10^-31/°С.Критерий Gr"=98,96•10⁴, критерий Рr " = 0.7, Gr "• Pr " = 69,28 • 10 ⁴. Коэффициенты теплообмена

C=0.54, n=0,25. Критерий Nu"=0,54(69,28-10⁴)^0,25=15,6. Конвективный коэффициент теплопередачи во втором приближении

α"_к = 15,6 • 2,96 • 10 ^-2 /0,1 = 4,59 Вт/( м ² •˚С); коэффициент теплопередачи излучением а"_л = 8,18 Вт/(м -°С), эквивалентная тепловая проводимость

σ "_Σ = (4,59+ 8,18) 0,06 = 0,766 Вт/°С. Расчетное значение
перегрева во втором приближении Δt"_кр = 10/0,766= 13,05°С. Расхождение расчетного значения перегрева во втором приближении с заданным составляет 0,25°С. Следовательно, можно принять, что перегрев
корпуса блока Δt_K= 13 °С, среднеповерхностная температура

t_K = t_c + Δt_K=60+13 = 73°C.

Метод тепловой характеристики состоит в построении по рас-
чётным данным зависимости Δt_j =f(P), по которой для любого значения теплового потока Р можно найти перегрев и температуру j-й точки
или области конструкции.

Для построения тепловой характеристики задают произвольное зна-
чение перегрева Δt’_j , как и в мето-
де последовательных приближений; находят эквивалентную тепловую проводимость между j-й точкой и окружающей средой σ’_Σ, затем тепловой поток Р' = σ’_Σ,Δt’_j, который способна рассеять конструкция при данных усло-
виях теплообмена. Значения Δt’_j и

Рис. 5.22. Общий вид тепловой характеристики

Р' являются координатами одной
точки, лежащей на тепловой харак-
теристике, второй точкой служит начало координат. Таким образом, тепловая характеристика представляет собой прямую, проходящую через начало координат и точку с ко-
ординатами Δt’_j и Р' (рис. 5.22). По тепловой характеристике может быть найден перегрев и температура j'-й точки или области конструкции при любом заданном значении теплового потока.

203

Пример 5.4. По условиям примера 5.3 методом тепловой характери-
стики определить среднеповерхностную температуру корпуса блока.

В примере 5.3 для начального
перегрева корпуса Δ t_K' =10 °С была

Рис. 5.23. Тепловая характеристика
блока РЭС

найдена эквивалентная тепловая
проводимость «корпус — окружающая среда» σ'_Σ = 0,753 Вт/°С. Тепловой поток, который может рассеять поверхность корпуса блока, Р' = 0,753 • 10 = 7,53 Вт.

Тепловая характеристика блока
приведена на рис. 5.23. По характеристике для заданного теплового потока Р = 10 Вт находим Δt_K = 13,1˚С, t_K =60+13,1 = 73,1 °С.

Исследования показывают, что тепловые режимы РЭС характеризу-
ются достаточно высокой стабильностью и зависят от ряда факторов,
относящихся к самой конструкции (геометрических размеров, коэффициента заполнения, структуры нагретой зоны, значения теплового потока) и к условиям эксплуатации (температуры и давления окружающей среды).

Изучение влияния на показатели теплового режима определяющих
факторов с помощью физических и теоретических тепловых моделей
конструкции (при изменении этих факторов в широких пределах) по-
зволило установить закономерности, положенные в основу коэффици-
ентного метода расчета тепловых режимов конструкций РЭС опреде-
ленных классов.

Математической базой этого метода служат следующие выкладки.

Пусть для некоторой типовой конструкции при номинальных значе-
ниях определяющих параметров х ₀₁, х ₀₂, ..., х_0n тепловая характеристика имеет вид

t₀ = t₀(X₀₁, X₀₂, ..., X_0n) .

При бесконечно малых изменениях каждого параметра показатель
теплового режима получит приращение или в конечных приращениях

204

или в конечных приращениях

где A_i . коэффициент влияния параметрах x_0i на показатель теплового
режима; Δt_0i— приращение показателя теплового режима, обусловленное изменением параметра x_0i

Новое значение показателя теплового режима можно представить в

При условии, что Δ t _0i /t₀ <<1

Ввиду того что t₀ + Δt_0i=t_i,— показатель теплового режима при
изменении параметра х_0i ,а отношение t_i/t₀=K_i — парциальный ко-
эффициент показателя,

Так как одним из основных показателей теплового режима является
температурный перегрев, используемое в коэффициентном методе
расчетное соотношение записывается в виде

Начальное значение перегрева Δt₀ определяют по тепловой харак-
теристике для типовой конструкции. Тепловая характеристика строится в координатах Δt , поверхностная плотность теплового потока P_s =Р /S, где S — площадь поверхности теплообмена.

Значения коэффициентов K_i обычно даются в виде графиков зави-
симостей от того или иного определяющего параметра.

На рис. 5.24 приведены графики для определения коэффициентов
площади поверхности теплообмена конструкции K_s (а), степени черно-

205

Рис. 5.24. Графики для определения коэффициентов (а, б, в)
и тепловая характеристика типовой конструкции (г)

ты поверхности К_ε (б), давления окружающей среды К_н (в) и тепловая

характеристика типовой конструкции.

При использовании коэффициентного метода следует иметь в виду,
что область его применения ограничивается тем классом конструкций,
для которых определены коэффициенты.

Пример 5.5. Определить температуру корпуса блока РЭС, имеюще-
го размеры 0,176x0,095x0,072 м, при тепловом потоке Р = 16 Вт, давле-
нии окружающей среды Н = 760 мм рт. ст. и температуре окружающей
среды t _с = 20 ˚С. Корпус окрашен эмалевой краской ε _к = 0,92.

Площадь поверхности корпуса

S_К = 2(0,176• 0,095+0,176•0,072+0,095•0,072) = 0,0724 м².

206

Плотность теплового потока

P_S = P/S_K= 16/0,0724= 221 Вт/м ².

По тепловой характеристике рис. 5.24, г находим Δt₀ = 21,9 °С. Из
графиков (рис. 5.24, а, б, в) определяем K_S = 0,93, К_ε = 1.0, K_H=1.0.
Перегрев поверхности корпуса

Δt_K = Δt₀K_SK_εK_H=21,9•0,93• 1,0•1,0 = 20,4˚C.

Среднеповерхностная температура корпуса

t_K = t_c + Δt_k = 20 + 20.4=40.4°C.

5.3. Системы охлаждения конструкций РЭС

5.3.1. Классификация и эффективность систем охлаждения

Системой охлаждения называется совокупность устройств и конст-
руктивных элементов, используемых для уменьшения локальных и об-
щих перегревов.

Системы охлаждения принято классифицировать по способу пере-
дачи тепла, виду теплоносителя и характеру контакта теплоносителя и
источника тепла.

В зависимости от способа передачи тепла и вида теплоносителя си-
стемы охлаждения подразделяются на кондуктивные, воздушные, жид-
костные, испарительные, комбинированные.

В зависимости от характера контакта теплоносителя и источника
тепла'различают системы охлаждения прямого и косвенного действия.

Кроме того, все системы охлаждения принято делить на системы
общего и локального назначения, с замкнутым (теплоноситель цирку-
лирует в системе охлаждения) и разомкнутым (теплоноситель выбра-
сывается из системы охлаждения) циклами.

Воздушные системы охлаждения, в свою очередь, подразделяются
на системы естественного воздушного охлаждения, системы охлажде-
ния с естественной вентиляцией и системы принудительного воздуш-
ного охлаждения.

Жидкостные и испарительные системы охлаждения также делятся
на системы естественного жидкостного (испарительного) охлаждения
и системы принудительного жидкостного (испарительного) охлаждения.

Особый класс представляют собой системы охлаждения, основан-
ные на использовании эффекта Пельтье.

207

Эффективность систем охлаждения может быть оценена поверхно-
стной плотностью теплового потока, уносимого теплоносителем из
РЭС.

Для различных систем охлаждения плотность теплового потока ха-
рактеризуется величинами, представленными в табл. 5.7.

Таблица 5.7

5.3.2. Выбор способа охлаждения на ранних стадиях разработки

Ввиду того что способ (система) охлаждения в значительной мере
определяет структуру конструкции РЭС, уже на ранних стадиях разра-
ботки важно правильно выбрать способ охлаждения. Выбранный спо-
соб охлаждения должен обеспечить нормальный тепловой режим кон-
струкции РЭС.

Если в выборе способа охлаждения будет допущена ошибка, то труд
большого коллектива разработчиков окажется напрасным, а сроки раз-
работки конструкции и ее стоимость существенно возрастут. Посколь-
ку на ранних стадиях разработчики располагают минимальной инфор-
мацией о конструкции, то становится очевидной ответственность и од-
новременно сложность задачи выбора системы охлаждения.

Начальное представление о способе охлаждения можно составить
по данным табл. 5.7. Однако при решении практических задач выбор
системы охлаждения производится по графикам рис. 5.25, которые ог-
раничивают области целесообразности применения того или иного
способа охлаждения. Эти области построены по результатам обработки
статистических данных о показателях тепловых режимов реальных кон-
струкций РЭС, расчетов показателей тепловых режимов по тепловым
моделям и экспериментальных данных, полученных на макетах.

Исходными данными для выбора системы охлаждения служат:

тепловой поток Р, рассеиваемый конструкцией;

диапазоны возможного изменения температуры окружающей среды

t _{с min} ….t _{с mах}
пределы изменения давления окружающей среды Н_тах.. • H_min;

допустимые рабочие температуры элементов t _эi;

208

Рис. 5.25. Диаграмма выбора системы охлаждения
геометрические размеры корпуса конструкции L_X , L_Y , L_Z , :

коэффициент заполнения объема конструкции k _З;

время непрерывной работы конструкции τ.

Перечисленные исходные данные, за исключением коэффициента
заполнения конструкции, обычно указываются в техническом задании
на разработку и известны. Коэффициент заполнения может быть вы-
бран на основе опыта конструирования подобных РЭС.

Поскольку графики рис. 5.25 справедливы лишь для стационарного
режима, то необходимо знание времени непрерывной работы для опре-
деления режима.

Пределы изменения давления окружающей среды задают условия,
при которых тепловой режим является наиболее тяжелым.

Основным показателем, определяющим области целесообразного
применения способа охлаждения на рис. 5.25, служит плотность тепло-
вого потока

P_S=PK_H/S_K

где K_H— коэффициент, учитывающий давление окружающей среды;
S_K=2[L_XL_Y+(L_X+L_Y)L_ZK₃]—площадь поверхности теплообмена.

Вторым показателем является допустимый перегрев в конструкции

Δt_доп = t_{Э min}-t_C

где t_{Э min} — допустимая рабочая температура наименее теплостойкого
радиоэлемента; t _c — температура окружающей среды.

209

Для естественного воздушного охлаждения t _с = t _{с шах}, т.е. соответ-
ствует максимальной температуре окружающей среда, заданной в ТЗ.
Для принудительного охлаждения t _с = t_ВХ, т.е. соответствует темпера-
туре воздуха (жидкости) на входе системы охлаждения.

Значения Р_S и Δt являются координатами точки, попадающей в одну из областей на рис. 5.25, каждой из которых соответствует один или
несколько способов охлаждения.

Незаштрихованные области на рис. 5.25 относятся к следующим
способам охлаждения: 1 — естественное воздушное, 3 — принудитель-
ное воздушное, 5 — принудительное жидкостное, 9 — принудительное
испарительное.

Заштрихованные области допускают использование нескольких
• способов охлаждения: 2 — естественное и принудительное воздушное,
4 — принудительное воздушное и жидкостное, 6 — принудительное
жидкостное и естественное испарительное, 7 — принудительное жид-
костное, принудительное и естественное испарительное, 8 — естест-
венное и принудительное испарительное.

Графики на рис. 5.25, соответствующие Δt> 100°С, используются
для выбора способа охлаждения больших элементов (трансформато-
ров, дросселей, транзисторов на радиаторах и т.п.), поскольку допусти-
мые температуры их поверхностей относительно высоки. Нижняя часть
диаграммы применяется для выбора способа охлаждения блоков и уст-
ройств РЭС.

Если показатели Р _Sи Δt _доп для конкретной РЭА (ЭДЭА) попадают в

незаштрихованные области рис. 5.25, то способ охлаждения определяется однозначно.

Для заштрихованных областей, где возможно использование двух или
трех различных способов охлаждения, задача выбора того или иного спо-
соба усложняется. Чтобы найти правильное решение, необходимо вос-
пользоваться вероятностными кривыми, которые связывают показатели
Р _S , Δt _ДОП и вероятности обеспечения заданного теплового режима при

различных условиях теплообмена. Для области 2 (воздушное охлажде-
ние) вспомогательные вероятностные графики приведены в [61].

Если геометрические размеры конструкции не заданы, то площадь
поверхности теплообмена можно найти приближенно, используя све-
дения об элементной базе конструкции и коэффициенты дезинтегра-
ции массы или объема. Задача сводится к ориентировочному определе-
нию объема конструкции, через который вычисляется площадь поверх-
ности. Один из возможных путей решения задачи состоит в следую-
щем: через массу радиоэлементов m _эл и коэффициент дезинтеграции

210

массы находят массу конструкции т_K =q_m•m_ЭЛ затем определяют
объем конструкции V_K = m _K /m ₀, где m ₀ — плотность конструкции, и

площадь поверхности корпуса S_K=6(V_K)^2/3 . Если известны данные о
суммарном установочном объеме радиоэлементов V_ЭЛ, то объем конст-
рукции V_K = q _VV_эл, где q _v— коэффициент дезинтеграции объема.

5.4. Особенности конструкций РЭС
с кондуктивными системами охлаждения

Кондуктивные системы охлаждения основаны на контактном спосо-
бе передачи тепла за счет теплопроводности элементов конструкции.

Структурная схема цепи теплопередачи в кондуктивной системе ох-
лаждения приведена на рис. 5.26. Тепло, выделяемое источником, че-
рез неразъемный тепловой контакт передается на теплоотвод (тепло-
вую шину), с которой через тепловой разъем поступает на тепловой
сток.

Рис. 5.26. Структура кондуктивной цепи теплопередачи

В идеальной кондуктивной системе теплоемкость стока должна
быть бесконечно большой. Поскольку такие теплостоки не реализуемы
практически, в реальных конструкциях РЭС кондуктивные цепи тепло-
передачи, как правило, заканчиваются теплообменниками, отдающими
тепло окружающей среде или другому теплоносителю.

Высокая эффективность кондуктивных систем охлаждения дости-
гается при малом тепловом сопротивлении цепи теплопередачи между
источником тепла и окружающей средой. Поэтому при разработке кон-
струкций РЭС с кондуктивными системами охлаждения прежде всего
необходимо обратить внимание на тепловые контакты, конструкцию
тепловой шины и теплообмен с окружающей средой или иным тепло-
носителем в теплообменнике.

211

5.4.1. Моделирование тепловых контактов в кондуктивных цепях

Структура теплового контакта изображена на рис. 5.27. В контакте
тепло от нагретой поверхности к холодной передается теплопроводно-
стью фактического контакта 1 и среды
2, заполняющей микронеровности по-
верхностей. Эффективность теплопе-
редачи излучением ввиду малой разно-
сти температур между нагретой и хо-
лодной поверхностями низка. Поэтому
теплопередача излучением через среду
не учитывается.

Рис. 5.27. Контакт плоских

поверхностей:
1 — контакт; 2 — среда

Предполагается, что пятна фактиче-
ского контакта контактирующих повер-
хностей распределены равномерно по
всей поверхности контакта. Все пятна
имеют форму круга с одним и тем же
радиусом, не изменяющимся при изме-
нении нагрузки. Термическое сопро-
тивление окисной пленки на контактирующих поверхностях мало.
Тепловое сопротивление контакта

R_к = Р/Δt_к=1/(σ_м+σ_с), (5.42)

где Р — тепловой поток, протекающий через контакт; Δ t_K — разность
температур контактирующих поверхностей; σ_м — тепловая проводи-
мость, определяемая фактическими контактами; σ_с — тепловая прово-
димость среды.

Удельное (отнесенное к площади) сопротивление фактического
контакта

(5-43)

где φ— коэффициент стягивания теплового потока к пятнам фактиче-
ского контакта; λ_м = 2λ,₁λ-₂/(λ,₁λ₂) — эквивалентный коэффициент теплопроводности фактического контакта (λ₁ , λ ₂ — коэффициенты теплопроводности материалов); η = S _ФК/S _к— относительная площадь фактического контакта.

Определение параметров η и φ представляет собой сложную зада-
чу. Поэтому при расчете удельного сопротивления фактического кон-

0 8

такта R _{м. уд} находят отношение η/φ=(рВ/Е)^0.8 , где р — удельное

212

Рис. 5.28. График зависимости

коэффициента В от шероховатости

контактирующих поверхностей

давление в контакте; В — ко-
эффициент, характеризующий
геометрические свойства по-
верхностей; Е — модуль упру-
гости материала. Выражение
для отношения η/φ справед-
ливо для поверхностей с чис-
тотой обработки от 3-го до
10-го класса, материалов с мо-
дулем упругости Е > 10¹⁰ Па и
при относительных нагрузках
на контактных поверхностях

р/Е=5•10^-6...5•10^-4. Значение коэффи

циента В находят из графика рис.5.28.

После подстановки в формулу (5.43) выражения для η/φ формула
расчета удельного сопротивления фактического контакта принимает
вид

R_м.уд=10^-4-[2.12λ_M(рВ/Е)^0.8]^-1м²К/Вт.

Тепловая проводимость прослойки межконтактной среды σ _{с. уд} =

= λ_С/δ_экв , где λ_С — коэффициент теплопроводности среды; δ_экв=
=(h_СР1+h_СР2)(1-m_h) — эквивалентное расстояние между контактирующими поверхностями; h_СР1 и h_СР2 — средние высоты микронеровностей контактирующих поверхностей; т _h — коэффициент заполнения профиля микронеровностей.
Значение ( 1 -т _h ) находят с помощью графика рис. 5.29.

После того как величины R _{м. уд}

и σ_{С. УД} определены, можно найти тепловую проводимость контакта

σ_к = (1/R м.уд + σ_с._уд)Sк.
где S _к — площадь контакта.

Рис. 5.29. Зависимость коэффициента
(1 - m _h) от суммы средних высот микро-
неровностей

Таким образом, величина теп-
ловой проводимости контакта за-
висит от коэффициентов тепло-
проводности материалов контакти-
рующих поверхностей, теплофизи-
ческих свойств межконтактной

213

среды, качества обработки контактирующих поверхностей, удельного
давления в контакте и площади контакта.

Для металлических поверхностей удельная тепловая проводимость
контакта определяется физико-механическими свойствами материа-
лов, чистотой обработки контактирующих поверхностей и удельным

давлением. При удельном давлении более 2000 Н/см² , что характерно,
например, для резьбовых соединений, удельная тепловая проводи-
мость контакта практически не зависит от давления. Значения удель-
ной тепловой проводимости для некоторых контактирующих материа-
лов с шероховатостью поверхности R _z = 20 и удельным давлением в

контакте 1000 Н/см² приведены в табл. 5.8.

Таблица 5.8

Используя данные табл. 5.8, можно для приведенных пар контакти-
рующих поверхностей провести оценку тепловой проводимости контакта , как σ_К =σ_УД. •S_K где S_K — площадь поверхности контакта.

5.4.2. Конструкции контактов в кондуктивных системах охлаждения

Кондуктивные цепи передачи тепла содержат два вида тепловых
контактов: неразъемные и разъемные.

Неразъемные тепловые контакты характерны для конструкций фун-
кциональных ячеек и представляют собой звено теплопередачи от теп-
ловыделяющего элемента к теплоотводящей шине. Тепловой контакт
обычно обеспечивается за счёт пайки, сварки и склеивания мест соеди-

214

нений, а также с помощью заклепок и винтов. В последних случаях для
уменьшения теплового сопротивления рекомендуется заполнять кон-
такты теплопроводящими пастами (например, КПТ-8) или клеями, ис-
пользовать в контактах пластичные прокладки из меди, свинца и алю-
миния. Применение теплопроводящих паст эффективно при шерохова-
тости контактирующих поверхностей выше R _Z= 20 и позволяет снять

зависимость теплового сопротивления контакта от удельного давле-
ния.

В конструкциях функциональных ячеек на интегральных микросхе-
мах неразъемные тепловые контакты образуют корпуса микросхем с
теплоотводящими шинами.

Рис. 5.30. Установка микросхемы на
теплоотводящую шину

Вариант установки микросхемы в
корпусе типа 4 на теплоотводящую
шину показан на рис. 5.30, Теплоотво-
дящая шина 4 монтируется на печат-
ной плате 3 со стороны расположения
контактных площадок для пайки вы-
водов микросхем. Микросхема 1 при-
клеивается к шине, выводы микросхе-
мы распаиваются на контактные пло-
щадки 2 печатной платы. Материалом для теплоотводящих шин и кондуктивных теплостоков в виде металлических оснований служат сплавы алюминия, медь и ее сплавы. Применение теплоотводящих шин и металлических оснований позволяет снизить перегрев корпусов микросхем при естественном воздушном охлаждении конструкций приблизительно на (10...20)%. Для достиженияуказанного эффекта толщина шин и
оснований из сплавов алюминия должна быть не менее 1 мм, из меди и ее сплавов — не менее 0,5 мм.

Рис. 5.31. Установка микросхем на

металлические основания:
а — микросхема в корпусе типа 1;
б — микросхема в корпусе типа 4

Установка микросхем в корпусах
типов 1 и 4 на металлические основа-
ния производится согласно рис. 5.31.
Основание наряду с функцией кон-
дуктивного теплостока обычно вы-
полняет роль несущего элемента кон-
струкции. На основании закрепляется
печатная плата 2, пайка выводов мик-
росхем производится в отверстиях
(рис. 5.31,а) или окнах (рис. 5.31,6),
выполненных в основании. Как и в
случае с теплоотводящей шиной,

215

микросхемы для уменьшения теплового сопротивления между основа-
нием и корпусами устанавливаются на основании с помощью клея. Ве-
личина теплового сопротивления контакта зависит от теплопроводно-
сти клея. При увеличении коэффициента теплопроводности клея от
0,2 до 1,8 Вт/(м • К) перегрев микросхем, установленных на алюминие-
вых основаниях, снижается приблизительно на 10%, на медных основа-
ниях — на 23%.

Кондуктивные теплостоки в виде металлических рамок с планками
и оснований используются в конструкциях функциональных ячеек
цифровых РЭС на бескорпусных микросборках Микросборки закреп-
ляются на планках металлических рамок (конструкции односторонней
и сдвоенной функциональных ячеек) и основаниях (двухсторонняя
функциональная ячейка) с помощью клея.

В конструкциях СВЧ-узлов подложки микросборок выполняются из
материалов с высоким коэффициентом теплопроводности (поликор,
брокерит-9) и крепятся к основанию-теплоотводу или с помощью пай-
ки по металлизированной поверхности подложки, или одним из меха-
нических способов, обеспечивающих надежный тепловой электриче-
ский контакт.

Рис. 5.32. Фрагмент

конструкции СВЧ-устройства

на микросборках

Фрагмент конструкции СВЧ-устройст-
ва на микросборках приведен на рис. 5.32.
Бескорпусные СВЧ-микросборки 1 припа-
иваются к основанию — теплоотводу 3.
Мощный транзистор 2 размещается в спе-
циальном углублении непосредственно на
основании и закрепляется с помощью пай-
ки по металлизированной поверхности
подложки.

Разъемные тепловые контакты (тепло-
вые разъемы) обеспечивают сток тепла с
тепловых шин и металлических оснований

на теплообменник. В конструкциях РЭС с естественным воздушным охлаждением функции теплообменника выполняет корпус или элементы конструкции с развитой поверхностью (радиаторы). Включение теплового разъема создает непрерывную кондуктивную цепь теплопередачи «источник тепла — теп л о отводящая шина — тепловой разъем — корпус». Однако все разработанные и применяемые в конструкциях РЭС тепловые разъемы имеют недостатки: сложность конструкции, неудобство в эксплуатации, низкая производственная технологичность и др. Следует также иметь в виду, что использование тепловых разъемов ведет к ухудшению массогабаритных показателей конструкций РЭС.

216

Тепловые разъемы принято классифицировать по типу рабочего
элемента, замыкающего цепь теплопередачи от функциональной ячей-
ки 1 к теплообменнику 2 (рис. 5.33); рабочими элементами тепловых
разъемов 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 — плоскость

Величина теплового сопротивления в разъеме определяется пло-
щадью поверхности теплопередачи (рис. 5.33, а), повышением точно-
сти соединения (рис. 5.33, б, в) и усилием сжатия поверхностей (рис.
5.33. г. д. е).

Пример реализации кондуктивной цепи теплопередачи в конструкции РЭС дан на рис. 5.34. На печатной плате 5 с двух сторон установлены теплоотводящие шины 4, на которых закреплены корпуса интегральных микросхем 3.Теплоотводящие шины соединены с ребристым тепловым разъемом 2. В ответной части разъема
предусмотрен канал 1 системы принудительного жидкостного охлаждения .Конструкция обладает низким тепловым сопротивлением по всей плате (0.3…0.45К/Вт) и обеспечивает возможность оператив

ной замены ячеек в устройствах.

Рис. 5.34. Конструкция ФЯ
с тепловым разъемом

217

5.4.3. Основы расчета радиаторов

В кондуктивных системах охлаждения функции теплообменников с
окружающей средой часто выполняют радиаторы — элементы системы
охлаждения с развитой поверхностью теплообмена. Поверхность теп-
лообмена радиаторов увеличивается за счет их оребрения. С поверхно-
сти ребер тепловой поток передается в окружающее пространство кон-
векцией и излучением. При этом величина теплового потока определя-
ется выражением

P =_ K_PS_PK(t-t_C),

где (_. — коэффициент теплопередачи; К_P — коэффициент эффективности ребра; S_р — площадь поверхности радиатора; t — среднеповерхностная температура радиатора; t _c — температура окружающей среды.

Эквивалентный коэффициент теплопередачи _. обусловлен кондуктивной теплопередачей через слой краски или покрытия на поверхности радиатора, а также конвективной теплопередачей и излучением с поверхности. Таким образом,

_.=1/(1/(_K +_Л)+_П/λ_П),

где а _к, а _л — коэффициенты теплопередачи конвекцией и излучением; λ_п — коэффициент теплопроводности покрытия; δ_п — толщина

покрытия.

Коэффициент эффективности ребра
характеризует температурный перепад по
высоте ребра h(рис. 5.35):

K_p = th(mh)/(mh),

где т = Va U/KF — параметр, характеризующий форму ребра (α =α_к + α _л , U

— периметр сечения ребра, λ — коэффициент теплопроводности материала ребра, F —площадь поперечного сечения ребра).

Если на поверхности нет оребрения,
то коэффициент эффективности ребра

Рис. 5.35. Ребристый радиатор
воздушного охлаждения

K_P=1

Конвективный коэффициент тепло-
передачи a _K определяется по критери-

218

алышм уравнениям (5.4) и (5.5). При этом характерный размер конст-
рукции радиатора L=b/2 , где b — расстояние между ребрами.

Для пластинчатого радиатора с вертикально ориентированными ре-
брами критерий Нуссельта рассчитывается по формулам:

при GrL/D<7

Nu = 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 форму-
лам (5.33), (5.34) и (5.36).

Расчет радиаторов заключается в определении параметров конст-
рукции при заданном перегреве поверхности (проектный расчет) или в
определении перегрева поверхности при известных геометрических
размерах радиатора (поверочный расчет). Задача решается методом по-
следовательных приближений.

5.5. Тепловые режимы конструкций РЭС
с естественным воздушным охлаждением

Естественное воздушное охлаждение конструкций РЭС является
наиболее простым, надежным и дешевым способом охлаждения и осу-
ществляется без дополнительной затраты энергии. В конструкциях с
естественным воздушным охлаждением отсутствует конструктивная
избыточность, поскольку функции элементов системы охлаждения вы-
полняют элементы, образующие структуру конструкции. Однако эф-
фективность естественного воздушного охлаждения относительно
низка (см. табл. 5.7). Поэтому данный вид охлаждения может приме-
няться в конструкциях РЭС, работающих в облегченном тепловом ре-
жиме.

Передача тепла от конструкции окружающей среде осуществляется
конвекцией и излучением. Вывод тепла на корпус конструкции от внут-
ренних источников происходит за счет всех трех видов теплопередачи.

Различают две разновидности конструкций РЭС, в которых приме-
няется естественное воздушное охлаждение: конструкции с герметич-
ным для тепловых процессов кожухом и конструкции с перфорирован-
ным кожухом. Применительно к последним естественное воздушное
охлаждение называют естественной воздушной вентиляцией.

219

Процессы теплообмена конструкций с окружающей средой в значи-
тельной степени определяются их структурой. Поэтому все существую-
щие конструкции РЭС можно разделить на классы, для каждого из ко-
торых характерна тепловая модель и набор показателей, необходимых
для оценки теплового режима. Одним из признаков классификации мо-
жет служить структура нагретой зоны конструкции (расположение в
конструкции источников тепла). На основе этого признака произведена
классификация рассмотренных ниже конструкций РЭС.

5.5.1. Тепловое моделирование и расчет теплового режима
конструкций РЭС с источниками тепла, распределенными в объеме

К данному классу конструкций РЭС относятся конструкции блоков
книжного, веерного и разъемного типов. Общим для них является то,
что нагретая зона представляет собой объем, занимаемый собранными
в блок функциональными ячейками (ФЯ). Самая «горячая» точка кон-
струкций — центр нагретой зоны.

Схематическое изображение конструкции приведено на рис. 5.36, а.
Блок функциональных ячеек (нагретая зона) 1 размещен в корпусе 2 и
закреплен на корпусе с помощью установочных элементов (бобышек,
втулок, кронштейнов, угольников и др.) 3.

Рис. 5.36. Тепловая модель конструкции блока с объемной нагретой зоной:
а — схемотехническое изображение конструкции; б — тепловая схема

При построении тепловой модели принимаются следующие допу-
щения:

нагретая зона является однородным анизотропным телом;

источники тепла в нагретой зоне распределены равномерно;

поверхности нагретой зоны и корпуса — изотермические со средне-
поверхностными температурами t₃, t_{к вн}, t_кн соответственно.

Тепло от центра нагретой зоны с температурой t₃₀ теплопроводностью (эквивалентная тепловая проводимость σ₃) выводится на поверхность нагретой зоны.

220

С поверхности нагретой зоны посредством конвективной (σ_ЗК) и
лучевой (σ_ЗЛ3) теплопередачи через воздушные прослойки, теплопроводностью контакта «нагретая зона — установочные элементы» (σ_тк)и самих установочных элементов (σ_З.Г) тепло передается на внутреннюю поверхность корпуса. За счет теплопроводности стенок (σ _{с к} )тепло выводится на наружную поверхность корпуса,откуда конвекцией(α _{к к} ) и излучением (α_{к л}) переносится в окружающее пространство.

Тепловая схема, отражающая процесс теплообмена в конструкции, при-
ведена на рис. 5.36,6. Критериальной оценкой теплового режима конст-
рукций является температура в центре нагретой зоны t _З.О. Как следует из тепловой схемы рис. 5.36, б,

t_З.0=t_З+P/σ_З

t_К.ВН.= t_К.Н +P/σ_C.K.

t_К.Н =t_C+P/(σ_K.K+σ_К.Л.)

Здесь Р — тепловой поток, рассеиваемый конструкцией;

σ₃ — тепловая проводимость нагретой зоны от центра к ее поверх-
ности:

где λ_z — эквивалентный коэффициент теплопроводности нагретой зо-
ны по направлению z; l_x, l_y, l_z — приведенные геометрические раз-
меры нагретой зоны по соответствующим направлениям осей коорди-
нат; С — коэффициент формы нагретой зоны, определяемый по графи-
кам рис. 5.16;

σ _{3 к} — конвективно-кондуктивная тепловая проводимость между

нагретой зоной и внутренней стенкой корпуса:

где к _п — поправочный коэффициент на конвективный теплообмен в
условиях ограниченного пространства; λ, _В — коэффициент теплопро-

221

водности воздуха для среднего значения температуры воздуха в про-
слойке; l_СР — среднее расстояние между нагретой зоной и кожухом;

S ₃ — площадь поверхности нагретой зоны; S _{к вн} — площадь внутрен-
ней поверхности корпуса;

σ _{3 л} — тепловая проводимость теплопередачи от нагретой зоны к

внутренней стенке корпуса излучением:

где α _л — коэффициент теплопередачи излучением; σ _{т к} — тепловая

проводимость контакта между нагретой зоной и установочными эле-
ментами;

σ _{3 т}— тепловая проводимость установочных элементов:

где п — число элементов; λ — коэффициент теплопроводности мате-
риала; l— длина установочных элементов по направлению теплового
потока; S_CP — площадь средней изотермической поверхности, перпен-
дикулярной направлению теплового потока;
σ _{с к} — тепловая проводимость стенок кожуха;

где λ _{с к}— коэффициент теплопроводности материала корпуса; δ _{с к}—
толщина стенки; S _{к вн}, S _{к н} — площади внутренней и наружной повер-
хностей корпуса;

σ_кк— тепловая проводимость от наружной поверхности корпуса к

среде для конвективной теплопередачи:

σ_к.к = α_кS_к.н

где α _к — коэффициент теплопередачи; σ_кл=α_лS_кн — тепловая про-
водимость от наружной стенки корпуса к среде для теплопередачи из-
лучением; α _л — коэффициент теплопередачи излучением.

Расчет показателей теплового режима блоков может быть выполнен
методом последовательных приближений или тепловой характеристи-
ки. В ориентировочных расчетах для определения тепловой проводи-
мости ст ₃ от центра нагретой зоны к ее поверхности можно воспользо-
ваться [20] усредненными значениями эквивалентных коэффициентов

222

теплопроводности нагретой зоны: λ._х = λ,_z = 0,35 Вт/(м • К),
λ_Y, =0,09 Вт/(м • К). Оси координат Ох и Oz лежат в плоскости плат
функциональных ячеек, ось Оу — перпендикулярна плоскостям плат.

Для условий теплообмена в ограниченном пространстве коэффици-
ент теплопередачи излучением α_лз может быть принят равным

7 Вт/(м²-К).

Порядок расчета тепловой контактной проводимости σ _тк изложен в
разд. 5.4.1.

При малой толщине стенки (δ _{с к} = 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 σ _{с к} необходимо учитывать.

Для определения конвективного α _к и лучевого α_л коэффициентов

теплопередачи в условиях неограниченного пространства (теплообмен
между наружной стенкой кожуха и окружающей средой) можно вос-
пользоваться номограммами рис. 5.9 и 5.10.

5.5.2. Расчет собственного и наведенного перегрева

Перегрев любой точки или области конструкции является результа-
том взаимодействия источников тепла. Он складывается из собственно-
го и наведенного перегревов. Собственный перегрев определяется дей-
ствием источника тепла, расположенного в j-й точке при условии, что
остальные источники выключены. Наведенный перегрев обусловлен
действием всех источников тепла, кроме расположенного в j-й точке.

Для расчета собственного и наведенного перегревов тепловая мо-
дель должна быть детализирована до выделения отдельных источни-
ков тепла или групп источников. Решение задачи иллюстрируется на
примере блока разъемного типа, когда каждая функциональная ячейка
рассматривается как нагретая зона с распределенными в ней источни-
ками тепла. Данная модель позволяет рассчитывать собственный и на-
веденный перегревы функциональных ячеек и получать распределение
температуры внутри нагретой зоны блока.

Схематическое изображение конструкции блока приведено на
рис. 5.37.

В металлическом корпусе 1 размещено m функциональных ячеек,
собранных на корпусированных ИС. Каждая ячейка представляет собой
нагретую зону. Поверхности всех т нагретых зон — изотермические с

223

температурами t_3i. Высота i-й нагре-
той зоны h_3i = K_i3b + δ_П , где K_i3 —
коэффициент заполнения i-й функ-
циональной ячейки; b — шаг размещения ячеек в блоке; δ_п — толщина печатной платы.

Из-за малых воздушных зазоров
теплообмен между функциональны-
ми ячейками (2...3 мм) можно рас-
сматривать как процесс передачи
тепла теплопроводностью через ог-
раниченную многослойную стенку.

Рис. 5.37. Схемотехническое

изображение блока кассетной

конструкции

От плат функциональных ячеек к
корпусу и от корпуса к окружающей среде тепло передается конвекцией и излучением. Поверхности корпуса и функциональных ячеек (нагретых зон) принимают за изотермические со среднеповерхностными
температурами t_K и t_3i . Кроме того, считают, что функциональные
ячейки однотипны по конструкции, коэффициенты заполнения всех
плат одинаковы, воздушный зазор между ячейками b₁ , =b -h_3i постоя-
нен по всей площади платы.

Перегрев поверхности каждой ячейки складывается из собственно-
го перегрева Δ t., обусловленного действием только собственных источников тепла Р i и наведенного Δ t_{f H} в результате действия источников тепла всех ФЯ, кроме i-й.

Тепловые схемы блока для расчета собственного и наведенного пе-
регревов приведены на рис. 5.38 и 5.39 соответственно. На схемах приняты следующие обозначения: t _c — температура окружающей среды; Δ t _к — перегрев корпуса блока; t₃,-, Δ1₃,- — среднеповерхностная температура и перегрев i-й функциональной ячейки; R _σ0 — тепловое сопротивление воздушной прослойки между крайними ячейками и кожухом; R _σ — тепловое сопротивление между соседними ячейками; R _B тепловое сопротивление воздушных прослоек между торцевыми поверхностями ФЯ и кожухом.

Предполагается, что тепловой поток Р _i рассеиваемый нагретой зо-
ной i-й ФЯ, распространяется влево и вправо от ячейки.

При этом часть теплового потока, идущая в левую сторону, Р_iл об-
ратно пропорциональна тепловому сопротивлению левой от i-й функ-
циональной ячейки ветви Р_iл. Составляющая теплового потока, рас-

224

Рис. 5.38. Тепловая схема блока для расчета собственного перегрева:
а — исходная схема; б — преобразованная

Рис. 5.39. Тепловая схема блока для расчета наведенного перегрева

пространяющаяся в правую сторону, Р_iп обратно пропорциональна
тепловому сопротивлению правой ветви Р_iп (рис. 5.38, б).
Как следует из тепловой схемы рис. 5.38, а,

R_iл =[ R_(i-1)л(Rв + Rσ)+RвRσ]/(R(i-1)л + Rв). (5.44)

R _i.п = [(R_б+R_(i+1)п)R_в]/(R_в+R_б+R_{(i + 1)П}), (5.45)

гдеR_1л = R_б0, i=l, 2 т.

225

При известных значениях R i _л и R i_п собственный перегрев поверхности i-й ФЯ

Δt_i,. = Δt_ik + P_iR_iл.R_iп/(R_iл+ R_iп) (5-46)

где Δ t _{к — перегрев кожуха блока, обусловленный тепловым потоком

1-й функциональной ячейки.

Расчет наведенного перегрева производится по тепловой схеме
рис. 5.39. Тепловой поток s-й функциональной ячейки Р_S , распространяясь влево и вправо (Р_S=P_SJ1 + P_sn), определяет значения наведенных на соседних ячейках перегревов. Из схемы рис. 5.39

P_SJ1=(Δt_S - Δt_SK)/R_SЛ (5-47)

P_SП=(Δt_S - Δt_K)/R_SП (5.48)

Входящие в (5.47) и (5.48) тепловые сопротивления P_SJ1и P_SП рас-
считываются по формулам (5.44) и (5.45), собственный перегрев s-й
ячейки Δ t_s — по формуле (5.46).

Перегревы, наведенные на функциональные ячейки, расположен-
ные слева от s-й, определяются соотношениями:

Δt_S(S-1)=Δt_S-P_SЛR_σ;P*_(S-1)Л=(Δt_S(S-1)-Δt_SK)/R_B

P_(S-1)Л=P_SЛ- P*_(S-1)Л; Δt_S(S-2)= Δt_S(S-1)- P_(S-1)ЛR_σ;…

_…;P*_2Л= (Δt_S2-Δt_SK)/R_B; P_2Л = P_3Л-P*_2Л ; Δt_S1= Δt_S2-P_2ЛR_σ
Перегревы, наведенные на ФЯ, расположенные справа:

P*_SП=(Δt_S-Δt_SK)/R_B;P_(S+1)П= P_SП- P*_SП;

Δt_S(S+1)=Δt_S-P_(S+1)ПR_σ; P*_(S+1)П=(Δt_S(S+1)-Δt_SK)/R_B

P_(S+2)П= P_(S+1)П-P*_(S+1)П;…;P_mП= P_(m-1)П- P*_(m-1)П

Δt_Sm= Δt_S(m-1)-P_mПR_σ

226

Перегрев поверхности i-й функциональной ячейки с учетом собст-
венного и наведенного перегревов согласно принципу суперпозиции
можно найти как

Тепловое сопротивление R _{6 0} обусловлено конвективно-кондуктивной и лучевой теплопередачами через воадушную прослойку между
боковой поверхностью крайней платы и внутренней боковой стенкой
кожуха:

R_бО=Δy/(к_пλ_BS_cр + α_ЛS_ПЛΔу),

где Δ у — толщина воздушной прослойки; к _п — поправочный коэффициент на конвективную теплопередачу; λ_в — коэффициент теплопроводности воздуха; S_ср = 0,5(S_пл + S_стб) — площадь средней изотермической поверхности; S _ПЛ = l_плxl_пyx — площадь поверхности платы ФЯ; 1_ПЛХ, /_ПЛ2 — геометрические размеры платы; S _стб— площадь внутренней боковой стенки кожуха; α _л — коэффициент теплопередачи излучением.

Тепловое сопротивление R _B характеризует конвективно-кондуктив-

ную и лучевую теплопередачи между торцевой поверхностью функци-
ональной ячейки и внутренней поверхностью кожуха, охватывающей
торцевые поверхности ФЯ (нагретых зон):

R_в = Δ_X/(к_пλ_вS_ср + α_лS_iтΔ_х),

где Δ_x — средняя толщина воздушной прослойки между торцевой поверхностью нагретых зон и внутренней поверхностью кожуха; S_CP =
= 0,5(S_iT + S_КВН) — площадь средней изотермической поверхности;
S_iT = 2 h _3i(lплх +lплz) — площадь торцевой поверхности i-й нагретой
зоны; S _{к вн}— площадь внутренней поверхности кожуха, охватывающей
торцевые поверхности нагретых зон.

Тепловое сопротивление между соседними платами R _σ = b/λ_уS_пл,где λ_y, — эквивалентный коэффициент теплопроводности нагретой зоны блока по направлению y- Определение λ_y, производится в результа-

227

те моделирования нагретой зоны блока, состоящей из m функциональ-
ных ячеек, однородным анизотропным телом.

5.5.3. Тепловое моделирование и расчет теплового режима блоков
цифровых РЭС на микросборках

Блоки цифровых РЭС на микросборках обычно выполняются в виде
конструкций книжного типа (см. рис. 3.10). Нагретая зона микроблока
состоит из функциональных ячеек на металлических рамках, выполня-
ющих функции несущих элементов конструкции и кондуктивных теп-
лостоков.

Процессы теплообмена можно представить тепловой моделью кон-
струкций с источниками тепла, распределенными в объеме (см. разд.
5.5.1).

Однако при определении тепловой проводимости между центром и
поверхностью нагретой зоны а ₃ в конструкции ФЯ (рис. 5.40) свойство

«дальнего порядка» частично нарушается, поскольку не все элементы
конструкции имеют одинаковые геометрические формы и не выполня-
ется требование периодичности их размещения. Поэтому параметры
модели нагретой зоны в виде однородного анизотропного тела получа-
ют на основе выбора в качестве элементарной тепловой ячейки функ-
циональной ячейки микроблока (системы с «ближним порядком).

Рис. 5.40. Конструкция односторонней функциональной ячейки

Как видно из рис. 5.40, тепло по направлению х в конструкции ФЯ
передается преимущественно через боковые ребра жесткости рамки 1 и

228

печатную плату 3. Другие элементы конструкции, обладающие отно-
сительно высокими коэффициентами теплопроводности, включены
последовательно с воздушными прослойками (λ _в = 0,025 Вт/(м • К)).

Аналогичен механизм передачи тепла через элементы конструкции
ФЯ в направлении у. Основными цепями переноса тепла являются вер-
хнее 2 и нижнее 4 ребра жесткости рамки.

По направлению z тепло в пределах ФЯ передается через винты,
стягивающие ячейки в пакет, и через ребра жесткости рамки 1 и 2, по
которым осуществляется тепловой контакт между ячейками в пакете.

Таким образом, тепловые проводимости ФЯ по направлениям осей
координат:

σ_ЯХ=2λ_PS_P1/l_P1; σ_ЯY=λ_P(S_P3+S_P4)/l_P3

σ_ЯZ=λ_BHS_BH+λ_PS_KH.P)/l_BH

где λ_P — коэффициент теплопроводности материала рамки; Sp1,
Sp2 Sp3 — площади поперечного сечения соответствующих ребер
жесткости рамки; l_p1, l_p3 — длины ребер жесткости; λ, _вн — коэффициент теплопроводности материала стягивающих винтов; S _вн — суммарная площадь поперечного сечения винтов; S_КН— площадь теплово-
го контакта между рамками ФЯ; l _вн — длина винта в пределах рамки
или высота рамки.

Тепловые проводимости нагретой зоны по направлениям осей коор-
динат

σ_зx=mσ_ЯХ , σ_зy=mσ_ЯY , σ_зz=σ_ЯZ/m

где m— число функциональных ячеек в блоке.

Эквивалентные коэффициенты теплопроводности нагретой зоны по
направлениям координат:

l_X = σ_3Xl_X /lylz'> λy = σ_3y ly / lxlz> λz = σ_z lz / l_Xly

где l_x, l_y , l_z — геометрические размеры нагретой зоны по направлениям координат.

Эквивалентные размеры нагретой зоны для λ _z = λ₀, l_z0 = l _z:

229

Через отношения l_z/lxo и l_z/ly0 по графикам рис. 5.16 находят

коэффициент формы нагретой зоны С, после чего определяют тепло-
вую проводимость между центром и поверхностью нагретой зоны:

σ₃ = 4λzlxly/Clz.

5.5.4. Тепловое моделирование и расчет теплового режима

конструкций РЭС с источниками тепла,

расположенными в плоскости

Модель распространяется на конструкции блоков и модулей РЭС,
выполненных на одной плате, закрепленной на кожухе.

Упрощенное изображение конструкции приведено на рис. 5.41, а,
тепловая схема — на рис. 5.41, б. Особенностью таких конструкций яв-
ляется распределение источников тепла в одной плоскости. Механизм
теплообмена и тепловая модель в целом аналогичны конструкциям
РЭС с источниками тепла, распределенными в объеме (см. рис. 5.36, а).
Однако размещение тепловыделяющих элементов в плоскости дает

Рис. 5. 41. Тепловая модель конструкции блока с пленарной нагретой зоной:
а — упрощенное изображение конструкции; б — тепловая схема

возможность при оценке теплового режима ограничиваться расчетом
среднеповерхностной температуры нагретой зоны t₃, которая с неболь-
шой погрешностью может быть принята в качестве характеристики теп-
лового режима элементов. Структуры тепловых проводимостей на теп-
ловых схемах рис. 5.36, б и 5.41, б полностью совпадают.

5.5.5. Тепловое моделирование и расчет теплового режима
конструкций РЭС с естественной вентиляцией

Естественная вентиляция в конструкциях осуществляется за счет
перфорации кожухов, что обеспечивает естественное подтекание холодного воздуха к тепловыделяющим элементам и, тем самым, повышает эффективность теплообмена.

Интенсивность свободной конвекции с притоком воздуха извне ха-
рактеризуется коэффициентом перфорации

230

K_П=S_BX/(L₁ L₂)

где S_вх — суммарная площадь отверстий в нижней стенке кожуха на
входе в блок; L ₁, L ₂ — геометрические размеры стенки.

Обычно коэффициент перфорации К_п = 0,05...0,1. Входные и вы-
ходные отверстия в кожухе выполняются напротив нагретой зоны плат,
причем суммарная площадь выходных отверстий в 1,5—2 раза больше
S_BX

Показатели теплового режима блока с перфорированным кожухом
могут быть найдены, если известны показатели для блока с естествен-
ным воздушным охлаждением без притока воздуха:

Δt_зОЕВ = С_пΔt_зО; Δt_з.ЕВ = С_пΔt_з; Δt_к._ЕВ = С_п Δt_к

Δt _зОЕВ , Δt_зО , Δt_з._ЕВ , Δt_з , Δt_к._ЕВ , t_к— перегревы центра
нагретой зоны, поверхности нагретой зоны и поверхности кожуха для конструкций с перфорированным (ЕВ) и
глухим кожухом; С _п — поправочный

коэффициент, являющийся функ-
цией коэффициента перфорации.

График зависимости С _п от коэф-
фициента перфорации К_п приведен
на рис. 5.42.

Рис. 5.42. График для определения
поправочного коэффициента С „

Таким образом, конструкции бло-
ков с естественной вентиляцией мож-
но представить тепловыми моделями
блоков с глухими кожухами и после
расчета показателей теплового режима ввести поправку на естественную вентиляцию.

5.5.6. Тепловое моделирование конструкций с тепловыделяющими
элементами, размещенными на металлических основаниях

Данный класс объединяет конструкции аналоговых МЭА на микро-
сборках. Типичный представитель — конструкции в корпусах типа «пе-
нал». Упрощенное изображение конструкции приведено на рис. 5.43, а.

Бескорпусные микросборки 3 размещены на металлическом основа-
нии 2, которое устанавливается в корпус 1. Характерная особенность
конструкций — передача тепла от элементов микросборок к корпусу
преимущественно теплопроводностью через внутреннюю тепловую

231

проводимость тепловыделяющих элементов σ_вн, тепловые проводимости подложки микросборки σ _п и клеевого соединения σ_КЛ подложки

микросборки и основания. Основание и корпус можно принять за изо-
термическую поверхность. Передача тепла с поверхности корпуса ок-
ружающей среде осуществляется конвекцией и излучением. При усло-
вии, что в пределах каждой из п микросборок отсутствует взаимное
тепловое влияние между элементами (предусмотрены зоны тепловой
защиты элементов) тепловая схема процесса теплообмена в конструк-
ции может быть представлена в виде рис. 5.43,6.

Рис. 5.43. Тепловая модель конструкции пенального типа на микросборках:
а — схематическое изображение конструкции; б — тепловая схема

Характеристики

Список файлов учебной работы