4.5.3. Теплоотвод лучеиспусканием.

Для расчета мощности, отдаваемой лучеиспусканием от нагретой поверхности с температурой на другую поверхность с температурой или в окружающую среду, воспользуемся выражением Р_л = _лS_i(T_i – T_j), где _л=_лij_ijf(T_i, T_j) - коэффициент теплообмена лучеиспусканием между поверхностями и ; приведенная степень черноты; - коэффициент, показывающий, какая часть энергии тела попадает на тело ;

;  = 5,6710^-8 (Вт/м² К).

Значения приведенной степени черноты некоторых материалов приведены в таблице 4.9.

Таблица 4.9.

Степень черноты некоторых материалов

Материал	Степень черноты
Сталь	0,8
Никель	0,4
Алюминий	0,3
Дюралюминий	0,37
Титан	0,63
Краски эмалевые, лаки	0,92
Краски матовые	0,92
Краска алюминиевая	0,28
Краска бронзовая	0,51

Пример. Вычислить теплосъем лучеиспусканием с покрытой лаком плоской прямоугольной пластины размерами 10х20 см, имеющей перегрев в 20⁰С относительно температуры окружающей среды. Теплосъем осуществляется с двух поверхностей пластины. Теплосъемом с торцевых поверхностей пластины пренебречь. Приведенная степень черноты пластины _лij =0,92.

Съем теплоты осуществляется с двух поверхностей пластины общей площадью 2 х 0,1 х 0,2 м . Вычислим

=5,6710 ; Вт/м

= 0,921,06,31 = 5,8, Вт/м²К.

= 25,80,10,220 = 4,64 Вт.

Таким образом, удаление теплоты лучеиспусканием сравнимо с теплотой, удаляемой естественной конвекцией. Однако, при высокой плотности компоновки аппаратуры, размещаемой внутри приборных корпусов, эффект удаления теплоты лучеиспусканием будет отсутствовать, так как модули будут нагревать друг друга. Подобные расчеты имеет смысл выполнять для внешних поверхностей приборных корпусов и элементов.

4.5.4. Выбор способа охлаждения.

При выборе способа охлаждения ЭА учитываются ее режим работы, конструктивное исполнение, рассеиваемая мощность, объект установки, окружающая среда.

Режим работы аппаратуры бывает длительным, кратковременным, кратковременно-повторным и характеризуется длительностями включенного и выключенного состояний. Длительный режим свойственен стационарной аппаратуре, которая находится во включенном состоянии в продолжении многих часов, кратковременный - бортовой, время работы которой мало и исчисляется несколькими минутами или часами. С большой вероятностью можно утверждать, что при проектировании сложной аппаратуры с длительным временем включенного состояния возникнет необходимость в разработке принудительной системы охлаждения (СО). Для аппаратуры разового использования с кратковременным режимом работы возможно обойтись без принудительной СО. Решение о разработке СО для аппаратуры кратковременно-повторного режима работы может быть принято лишь после анализа длительностей включенного и выключенного состояний, характера ее перегрева и охлаждения.

Носимая ЭА в силу малых рассеиваемых мощностей принудительной СО не снабжаются. В сложной аппаратуре необходимо использовать принудительную воздушную или водо-воздушную системы охлаждения. Водо-воздушной системой охлаждения снабжаются, например, ЭВМ в герметичном исполнении.

Тепловой анализ ЭА позволяет получить предварительные данные о будущей СО. Для этого по каждому модулю первого уровня составляется перечень тепловыделяющих компонентов, устанавливаются рассеиваемые мощности и максимально допустимые температуры. На основе этих данных выделяются критичные к перегреву компоненты, а также компоненты, устанавливаемые на теплоотводы. Далее рассчитываются удельные поверхностные или/и объемные тепловые потоки модулей высших уровней. Для этого нужно вычислить суммарные мощности, рассеиваемые в модулях компонентами, внешнюю поверхность или объем модулей. По значениям q_s и q_v в первом приближении выбирается система охлаждения (табл. 4.10) по допустимому перегреву в 40⁰С.

Таблица 4.10. Плотность тепловых потоков аппаратуры.

Способ охлаждения	Плотность теплового потока, Вт/см^3, не более
	Негерметичная аппаратура ( )	Герметичная аппаратура ( )
Естественная конвекция	0,05	0,02
Принудительная конвекция	0,50	0,45
Водо-воздушный	0,65	0,60

Затем для всех модулей, начиная с модулей первого уровня, составляется перечень входящих в их состав компонентов или модулей низших уровней, осуществляется размещение их по критерию минимального перегрева, по уравнению теплового баланса определяется расход хладагента. Если в качестве хладагента предполагается использовать воздух, то необходимо установить его количество, максимально возможную температуру на входе СО, проверить запыленность и наличие в нем агрессивных примесей. Присутствие пыли в воздухе требует установки противопылевых фильтров. Наличие в воздухе агрессивных газов, например сернистого ангидрида, вызывающего интенсивную коррозию металлических конструкций, потребует применения специальных фильтров.

Воздух на входе СО может оказаться теплым. Для охлаждения воздуха до необходимой температуры вводится кондиционер. При отсутствии на объекте эксплуатации воздуха в необходимом количестве или с необходимыми параметрами можно использовать жидкий хладагент (вода, топливо) по схеме водо-воздушного охлаждения. Температура жидкого хладагента может быть понижена теплообменниками.

Отсутствие на объекте достаточного количества воздуха или жидкости заставляет конструктора отводить теплоту на холодные массивные элементы несущих конструкций кондукцией. Если на объекте не окажется источников электропитания с требуемыми напряжениями и мощностями, возникает необходимость во введении в конструкцию источников питания СО, что несомненно ухудшит конструктивные параметры охлаждаемой ЭА.