7.4 Электротепловая аналогия

Для наглядности запишем еще раз соотношения (7.2), (7.3) и (7.10):

P_т = _тS ( t₁ – t₂ )

P_к = _кS ( t₁ – t₂ )

P_Л = _ЛS ( t₁ – t₂ )

Эти формулы, устанавливающие зависимость между тепловыми потоками и перегревом, по своей структуре аналогичны формуле закона Ома в интегральной форме для электрических цепей:

I = σ (₁ - ₂) (7.16)

Формальное сходство позволяет использовать методы и приемы теории электрических цепей для интерпретации процессов теплообмена.

Из сравнения соотношений для тепловых потоков и электрического тока, протекающего через участок электрической цепи, легко установить следующие аналогии:

электрическое сопротивление R_э ↔ тепловое сопротивление R_Т,

электрическая проводимость σ_э ↔ тепловая проводимость σ_T,

разность потенциалов (₁ - ₂) ↔ температурный перегрев Δt,

электрический потенциал  ↔ температура t,

электрический ток I ↔ тепловой поток Р,

электрическая емкость С ↔ теплоемкость С .

На основании электротепловой аналогии процесс теплообмена может быть представлен тепловой схемой, элементами которой являются источники и приемники тепловой энергии, и тепловые сопротивления (проводимости). Каждому узлу тепловой схемы ставится в соответствие определенная температура t. Переменные величины в тепловой схеме (тепловые потоки и перегревы) подчиняются законам Ома и Кирхгофа. На основании этих законов тепловые схемы могут быть преобразованы и упрощены.

7.5 Моделирование и расчет тр конструкций эс

Для того чтобы расчет ТР конструкции имел приемлемую сложность, ее заменяют тепловой моделью. Точность и трудоемкость расчета при этом будет зависеть от степени приближения модели к реальной конструкции. На практике всегда стремятся найти компромисс между точностью расчета и сложностью модели.

Типичными допущениями при тепловом моделировании являются:

1. Упрощают форму исследуемой конструкции с сохранением некоторых интегральных характеристик (площадей, объемов, некоторых размеров). Наиболее удобными для расчета ТР являются правильные формы (прямоугольный параллелепипед, сфера и др.).

2. Объемы или поверхности, между которыми происходит теплообмен, считают изотермическими. К изотермическим поверхностям конструкций часто относят: поверхность корпуса со среднеповерхностной температурой t_k, поверхность нагретой зоны с температурой t_з, поверхность отдельной функциональной ячейки с температурой t_зi, поверхность отдельного радиоэлемента с температурой t_эj и т.д. Такой подход в тепловом моделировании называется «методом изотермических поверхностей (объемов)».

3. В некоторых случаях нагретую зону конструкции, которая состоит из однотипных ФЯ с регулярной структурой, представляют однородным анизотропным телом (ОАТ). При этом считается, что все источники тепла сосредоточены в центре нагретой зоны. Метод ОАТ пригоден в основном для моделирования конструкций цифровых ЭС разъемного, этажерочного и книжного типов.

4. Если позволяет условие задачи тепловой режим изделия считают стационарным.

При необходимости прибегают к экспериментальному моделированию теплового режима изделия. Он заключается в создании макета конструкции ЭС, воспроизводящего процесс теплообмена реальной конструкции. Степень приближения макета к конструкции зависит от конкретной задачи исследования. Так, например, для моделирования температурного поля кожуха блока нет необходимости в создании на макете структуры нагретой зоны. Температуры в различных точках макета измеряются с помощью контактных датчиков (термопара, терморезистор, полупроводниковый датчик температуры) или бесконтактным методом с помощью пирометра.

Таким образом, наиболее распространенными методами теплового моделирования являются:

• метод изотермических поверхностей (объемов);

• метод однородного анизотропного тела;

• экспериментальный метод.