Название: Конструирование РЭС (Н.С. Шляпников)

Жанр: Радиотехнический

Просмотров: 1587


6.4.  расчёт  теплового   режима   конструкций  рэс   с  естественным  воздушным охлаждением

 

Необходимые исходные данные:

> суммарная мощность P, рассеиваемая всеми элементами ПП, Вт;

> геометрические размеры корпуса Lx,Ly,Lz, м(Lx > L );

 

> температура окружающей среды tc, °C (обычно берётся равной максимальной рабочей температуре, заданной в ТУ);

> размеры печатной платы axb, устанавливаемой в корпусе РЭС, м (а>Ь);

> коэффициент заполнения объёма конструкции К у;

> средняя высота ЭРЭ печатной платы, м;

> степень черноты поверхности корпуса 8 (см. табл. 6.3);

 

6.4.1 Определение температуры корпуса конструкции РЭС (tk). |б.4.1.1,Площадь поверхности корпуса

 

6.4.1.2. Характерный размер конструкции:

 

рев корпуса

 
6.4.1.3. а) Произвольно задаётся перег

б) Вычисляется предварительная температура корпуса

 

 

 

6.4.1.4, Среднее значение температуры окружающей среды'

6.4.1.5. По таблице 6.1 определяем теплофизические параметры сухого воздуха при температуре tcp,,

Таблица 6.1.

 

tcp,°C

p, кг/м3

Л.х10-2Вт/(м*0С)

V*10-

6,m2/c

Pr

-50

1,584

2,04

9,23

0,728

-20

1,395

2,28

12,79

0,716

0

1,293

2,44

13,28

0,707

+10

1,247

2,51

14,16

0,705

+20

1,205

2,60

15,06

0,703

+30

1,165

2,68

16,00

0,701

+40

1,128

2,76

16,96

0,699

+50

1,093

2,83

17,95

0,698

+60

1,060

2,90

18,97

0,696

+70

1,029

2,97

20,02

0,694

+80

1,000

3,05

21,09

0,692

+90

0,972

3,13

22,10

0,690

+100

0,946

3,21

23,13

0,688

 

где p — плотность воздуха;

Л. — коэффициент теплопроводности;

V— коэффициент кинематической вязкости;

Pr — критерий Прандтля.

6.4.1.6. Коэффициент объёмного расширения воздуха:

 

6.4.1.7. Критерий Грасгофа

 

6.4.1.8. Находим произведение (Gr • Рг). Из таблицы 6.2 определяем режим движения воздуха, коэффициенты теплообмена Сип.

 

Таблице 6.2

 

Значения (Gr • Рг

)

С

п

Режим движения газа (жидкости)

менее 10-3

0,5

0

Пленочный поток

10-3.....5*102

1,18

1/8

Ламинарный поток

5*102......2*107

0,54

1/4

Переходный режим

более 2*107

0,13

6

1/3

Вихревой (турбулентный) режим

 

 

6.4.1.9. Критерий Нуссельта

 

6.4.1.10. Коэффициент теплопередачи конвекцией

 

 

6.4.1.11. Коэффициент теплопередачи излучением

 

 

 

 

Материал и состояние поверхности

Степень черноты, е

1

2

Алюминий (сильно окислен)

0,2...0,31

Силуминовое литьё (в песчаной форме)

0.33... 0,31

Силуминовое литьё (в кокильной форме)

0,16... 0,23

Дюралюминий Д16

0,37... 0,41

Сталь полированная

0,066

 

 
—  коэффициент излучения абсолютно чёрного тела; е — степень черноты поверхности корпуса (выбирается из таблицы 6.3) Таблица 6.3

Окончание табл. 6.3

 

1

2

Сталь листовая холоднокатаная

0,075 ...0,085

Сталь листовая сильно окисленная

0,8... 0,82

Латунь прокатанная

0,06

Латунь тусклая

0,22

Латунь хромированная полированная

0,075

Медь шабренная до блеска

0,072

Олово, лужёное кровельное железо

0,07... 0,08

Цинк, оцинкованное железо

0,23 ...0,27

Краски эмалевые, лаки различных цветов

0,92

Краски матовые различных цветов

0,92 ...0,96

Лак чёрный матовый

0,96... 0,98

Муар серый, чёрный

0,86... 0,9

Краска защитно - зелёная

0,9

Краска бронзовая

0,51

Краска алюминиевая

0,28

Алюминиевая фольга

0,09

 

 

6.4.1.12. Эквивалентная тепловая проводимость между корпусом и средой

 

 

 

 

6.4.1,13. Реальный перегрев корпуса блока

 

6.4.1.14.   Проверить неравенство |Аtk.-Аik|, < 1°С; если неравенство

верно,  то  перейти  к  п.6.4.1.15,  в  ином  случае  повторить  расчеты  по  п.6.4.1.3(6)  -

6.4.1.13, принимая за начальную величину перегрева корпуса

блока tk значение, полученное на предыдущем шаге вычисления Аtk (рекурентный метод).

 

6.4.1.15. Искомая температура корпуса конструкции

 

6.4.2. Определение температуры внутри корпуса конструкции (tBH)

6.4.2.1. При малой толщине стенки корпуса (1-2 мм), выполненной из металлических сплавов с высоким коэффициентом теплопроводности,

обычно принимают tK = tBH

6.4.2.2 В случае, если корпус (или хотя бы одна из его стенок, напр. передняя панель)

выполнен не из металлических сплавов, то рассчитывают:

> тепловую проводимость стенок корпуса

где Х — теплопроводность неметаллического материала корпуса;

(теплофизические  характеристики  органических  материалов  см.  в  табл.  6.4),  5  —

толщина стенки; S — суммарная площадь неметаллических стенок корпуса;

 

Таблица 6.4

Марка материала

ТКЛР

a * 106.l/K

Л* 10-2,

Вт/(м.°С)

Температура размягчения, °С

Полиэтилен ПЭНД 203 — 05

2,5... 5,5

42...44

120...125

Полиэтилен МОПЭНД 222 — 03

2,0

37...42

132...135

Полистирол ПСМ — 115

6,0 ...8,0

9...14

80...82

Фторопласт — 42 — ЛД — 1

9,0... 12,0

17...24

150...160

Поликарбонат ПК — 4

2,5...6,0

20

220,..240

Фенопласт 03 — 010—02

4,5...5,3

21...23

125...140

Фенопласт У5 — 301 — 41

2,5...2,8

52

100...160

Фенопласт Э6 — 014 — 30

1,9...3,6

31...38

135...250

Аминопласт КФ — 2А

2,5...5,3

21...27

100

Полиамид 610 — 1 — 101

2,0... 14,0

24

213...221

Резина ИРП— 1346

7,0...23,0

16

Резина ИРП— 3032

6,4...24,0

19

Резина ИРП—1316

6,2...24,0

19

 

6.4.3. Определение температуры в центре нагретой зоны (tBH)

6.4.3.1.  Конвективно-кондуктивная тепловая проводимость между нагретой  зоной  и внутренней стенкой корпуса

kП—   поправочный             коэффициент  на        конвективный           теплообмен    в          условиях ограниченного пространства;

kП = 1, если произведение GrPr < 103;

kП = 0,18(GrPr.)0,25' , если произведение GrPr > 10 ;

/о» —  среднее расстояние между нагретой  зоной и корпусом РЭА, которое можно оценить по любой из следующих формул

 

 

6.4.3.2. Проводимость теплопередачи от нагретой зоны к стенке корпуса

6.4.3.3. Температура в центре нагретой зоны

 

6.5.      Расчёт             теплового       режима           конструкций РЭС    с          естественной вентиляцией

 

Необходимые исходные данные:

> суммарная мощность Р, рассеиваемая всеми элементами ПП, Вт;

> геометрические размеры корпуса Lx, Ly,Lz м (Lx> Ly);

 

> температура окружающей среды tc, °С (обычно берётся равной максимальной рабочей температуре, заданной в ТУ);

> размеры печатной платы а х Ь, устанавливаемой в корпусе РЭС, м (а>Ь);

> коэффициент заполнения объёма конструкции Кv ;,

> средняя высота ЭРЭ печатной платы, м;

> степень черноты поверхности корпуса E (см. табл.6,3). 6.5.1. Определить температуру в центре нагретой зоны (t3 );

6.5.2. Перегрев центра нагретой зоны

 

 

6.5.3.  Коэффициент  перфорации  корпуса  блока  РЭАгде  S  —  суммарная  площадь отверстий в стенке корпуса, мм;

L^,L^ - геометрические размеры стенки, мм,

6.5.4. Поправочный коэффициент СП ;.

 

(данная функция является интерполяцией графической зависимости).

 

6.5.5. Перегрев центра нагретой зоны с учётом наличия естественной вентиляции

 

6.5.6. Температура в центре нагретой зоны

 

 

6.6.   Расчёт  теплового   режима    конструкций   РЭС   в  условиях принудительного воздушного охлаждения

 

Необходимые исходные данные:

> суммарная мощность Р, рассеиваемая всеми элементами ПП, Вт;

> геометрические размеры корпуса Lx, Ly, Lz, м (Lx > Ly );

 

> температура окружающей среды tc, °C (обычно берётся равной максимальной рабочей температуре, заданной в ТУ);

> размеры печатной платы а * Ь, устанавливаемой в корпусе РЭС, м (а>Ь);

> коэффициент заполнения объёма конструкции К v;

> средняя высота ЭРЭ печатной платы, м;

> степень черноты поверхности корпуса е (см. табл.3);

> объёмный расход воздуха Gv в системе охлаждения, M3/C

 

6.6.7.  Определение  температуры  корпуса  конструкции  РЭС  (tk).  6.6.1.1.  Площадь поверхности корпуса

6.6.1.2. Характерный размер конструкции

6.6.1.3.  а)  Произвольно  задаётся  перегрев  корпуса  Atk=10...,30°С.  б)  Вычисляется предварительная температура корпуса tk = tc + Atk ,°С.

6.6.1.4. Среднее значение температуры окружающей среды

6.6.1.5. По таблице 6.1 определяем теплофизические параметры сухого воздуха при температуре ty,.

6.6.1.6. Коэффициент объемного расширения воздуха

 

6.6.1.8.  Площадь  среднего  сечения  потокагде  Ak         —  площадь  сечения  корпуса конструкции в направлении, перпендикулярном потоку воздуха, м2.

6.6.1.9. Скорость принудительного движения воздуха

 

6.6.1.10. Критерий Рейнольдса