Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 45
Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Белорусский государственный университет
информатики и радиоэлектроники»
Кафедра РЭС
на тему:
«Выбор способа охлаждения на ранней стадии проектирования»
Минск, 2008
Способ охлаждения во многом определяет конструкцию, поэтому уже на ранней стадии проектирования (техническое предложение и эскизный проект). Необходимо выбрать способ охлаждения и только после этого приступить к разработке. На ранней стадии в распоряжении конструктора имеется техническое задание, в котором заключены сведенья о характерах теплового режима, для выбора способа охлаждения требуются следующие данные: - мощность рассеиваемая в блок - диапазон возможного изменения температуры окружающей среды - пределы изменения давления окружающей среды - время непрерывной работы - температура наименее теплостойкого элемента Прежде чем приступить к расчету, необходимо рассчитать коэффициент заполнения по объему: где Коэффициент заполнения по объему характеризует степень полезного использования объема он, как правило, задается в техническом задании. Расчет теплового режима будем осуществлять с помощью графиков характеризующих целесообразность применения различных способов охлаждения. Эти графики построены на основе статистических данных. Для удобства их использования необходимо получить некоторые количественные данные. При расчете время непрерывной работы где В том случае если способ охлаждения выбирается для большого элемента, то величина поверхности теплообмена определяется из соответствующих чертежей по геометрическим размерам поверхности находящемся в непосредственном контакте с теплоносителем. За основной показатель, определяющий области целесообразного применения способа охлаждения принимается величина плотности теплового потока проходящего через поверхность теплообмена. Эта величина определяется следующим образом: где При нормальном атмосферном давлении Вторым показателем может служить минимально допустимый перегрев элемента, который определяется следующим образом: где На рисунке 1 показаны области целесообразного применения различных способов охлаждения. Верхние кривые соответствуют Здесь 1 – естественное воздушное охлаждение; 2 – возможно применение естественного и принудительного воздушного охлаждения; 3 – принудительное воздушное охлаждение; 4 – принудительное воздушное и жидкостное охлаждение; 5 – принудительное жидкостное охлаждение; 6 – принудительное жидкостное и естественное испарительное охлаждение; 7 – принудительное жидкостное принудительное и естественное испарительное охлаждение; 8 – принудительное и естественное испарительное охлаждение; 9 – принудительное испарительное охлаждение. Наиболее полно задача выбора способа охлаждения рассмотрено для области 1 и 2. Рассмотрим, например порядок выбора способа охлаждения, когда показатели По осям координат отложены показатели электронных систем, причем на оси ординат даны 4 шкалы (рис. 2) и 5 (рис. 3) для различных массовых удельных расходов (предполагается на единицу площади сечения) принудительного движения воздуха, причем, если Пример: электронная система с показателями На рис. 5 в отличие от предыдущих введен еще один показатель – массовый расход воздуха на единицу рассеиваемой электронной системы мощности - при рациональном конструировании тепловой режим электронной системы можно обеспечить при удельном расходе воздуха - в стационарных электронных системах, где нет столь жесткого ограничения по габаритам, массе и энергопотреблению Увеличение расхода воздуха имеет смысл в том случае, если это приводит к увеличению надежности электронной системы. Рассмотрим более подробно смысл вероятностных оценок приведенных на рис. 2-5. При проектировании электронной системы необходимо обеспечить выполнение множества различных требований, важнейшими из которых являются: - электротехнические требования; - высокая надежность (наработка на отказ, безотказность работы); - уменьшение массы и объема; - создание нормального теплового режима; - защита от ударов и вибраций, акустических шумов; - снижение стоимости; - улучшение технологичности и т.д. С учетом сказанного процесс проектирования становится трудноформулируемой задачей. При выборе способа охлаждения следует руководствоваться следующими правилами: - если точка с заданными параметрами на одном из графиков (рис. 2-5) попадает в область вероятности - если - если - если Пример: предположим, что по техническому заданию необходимо определить способ охлаждения негерметичной электронной системы со следующими исходными данными: Решение: точка сданными параметрами на графике 1 попадает в область 2 где возможно применение как естественного воздушного так и принудительного воздушного охлаждения. По рис. 4 находим, что нормальный тепловой режим аппарата может быть обеспечен при естественном охлаждении и в перфорированном кожухе с вероятностью Предположим, что нам необходимо обеспечить нормальный тепловой ражим с вероятностью Известно, что понижение давления способствует ухудшению условий теплообмена, поскольку температура элементов начинает увеличиваться, хотя мощность, рассеиваемая в блоке, остается неизменной. Поэтому при расчете необходимо учитывать коэффициент Задача: предположим, что необходимо выбрать способ охлаждения блока электронной системы, работающего в длительном режиме в негерметичном отсеке самолета при давлении Из таблицы определим, что По кривым (рис. 1) определяем, что параметры блока лежат на границе областей 2 и 3, следовательно целесообразно выбрать принудительное воздушное охлаждение. Однако проверим возможность применения естественного воздушного охлаждения, для этого воспользуемся графиками 2-5. По графику 2 при Проверив внутреннее перемешивание со скоростями По рис. 3 при Если использовать охлаждения блока продувом холодного воздуха, то из рис. 5 следует, что при удельном расходе воздуха Если же использовать перфорированный корпус, то из рис. 4 можно получить, что вероятность блока Общие выводы
1. Если по условию эксплуатации блок должен быть выполнен в герметичном корпусе, то необходимо выбрать принудительное воздушное охлаждение с внутренним перемешиванием воздуха либо с наружным обдувом. Если осуществить принудительное охлаждение не возможно, то для осуществления естественного охлаждения при наличии обдува необходимо или увеличить геометрические размеры блока или снизить рассеиваемую мощность или понизить температуру окружающей среды. 2. Если по условиям эксплуатации блок может быть выполнен не в герметичном корпусе, то с большой вероятностью можно обеспечить нормальный тепловой режим при принудительном охлаждении с продувом холодного воздуха. Этот способ является наиболее предпочтительным. ЛИТЕРАТУРА
1. Достанко А.П., Пикуль М.И., Хмыль А.А. Технология производства ЭВМ. - Мн.: Вышэйшая школа, 2004. 2. Технология поверхностного монтажа: Учеб. пособие / Кундас С.П., Достанко А.П., Ануфриев Л.П. и др. – Мн.: «Армита - Маркетинг, Менеджмент», 2000. 3. Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства: Учебник/ А.П. Достанко, В.Л.Ланин, А.А. Хмыль, Л.П. Ануфриев; Под общ. ред. А.П. Достанко. – Мн.: Выш. шк., 2002 4. Гуськов Г.Я., Блинов Г.А., Газаров А.А. Монтаж микроэлектронной аппаратуры М.:Радио и связь, 2005.-176с. 5.
|