4.4. Тепловые модели радиоэлектронных средств

В настоящее время получили распространение две группы тепловых моделей.

Моделями первой группы представляются аппараты, у которых можно выделить отдельные области, условная поверхность которых принимается изотермической. Такой моделью заменяются, например, аппараты с относительно крупными деталями на шасси. При этом шасси с установленными на нем деталями представляется в виде некоторого тела, например, параллелепипеда, которое принято называть условной нагретой зоной (рис.4.4.1,а). Температура во всех точках поверхности этой условной нагретой зоны принимается одинаковой, равной некоторой средневзвешенной температуре поверхности деталей. Такое же допущение принимается относительно корпуса аппарата - его поверхность считается изотермической. В пространстве между отмеченными изотермическими поверхностями, а также между поверхностями и окружающей средой развиваются конвективные процессы передачи тепла.

Радиоэлектронные средства кассетной конструкции, когда между кассетами имеются относительно большие зазоры, в которых движется воздух, также можно представить моделями первой группы. В этом случае кассеты, с установленными на них радиодеталями, представляются в виде отдельных зон с равномерно распределенными источниками тепла (рис. 4.4.1,б). Поверхности этих зон, а также кожуха, как и в первом случае, принимаются изотермическими.

Рис. 4.4.1. Тепловые модели радиоэлектронных средств первой группы

Тепловыми моделями второй группы представляются области в РЭС, где не наблюдаются конвективные процессы и где основным средством передачи тепла выступает кондукция. Сюда можно отнести аппараты кассетной конструкции, у которых кассеты с ЭРЭ расположены горизонтально. Сюда же относятся конструкции с вертикальными кассетами, заполняющими весь объем аппарата, причем зазоры между платами малы и конвективные процессы в этих зазорах не развиваются (рис. 4.4.2).

Здесь совокупность кассет идеализируется в виде однородного анизотропного тела. Свойство этого тела характеризуется эффективными коэффициентами теплопроводности по координатным осям и теплоемкостью .

Тепловые процессы в моделях второй группы описываются дифференциальными уравнениями теплопроводности Фурье.

Рис. 4.4.2. Тепловая модель РЭС второй группы

В течение длительного времени для тепловых расчетов использовался коэффициентный метод, дававший возможность проводить эти расчеты быстро и просто, но обладающий большой погрешностью (более 20 %). В настоящее время при наличии доступных вычислительных средств целесообразно использовать точную методику, дающую в рамках используемых тепловых моделей погрешность менее 5 %.

4.5. Тепловые схемы системы тел

Тепловые связи между телами, а также телами и средой (кондуктивные, конвективные, лучистые) можно рассматривать как некоторые проводники тепла. Если величины тепловых потоков, протекающих между телами, а также телами и средой, неизменны вдоль пути, то тепловые сопротивления проводников можно считать сосредоточенными.

Тепловые сопротивления являются аналогом электрических сопротивлений. Приемником тепловой энергии является среда, омывающая тела, в предположении, что она обладает бесконечной теплоемкостью.

Тепловая схема имеет ветви и узлы. Ветвями схемы являются ее участки, состоящие из одного и более сопротивлений, в которых величина тепловых потоков одинакова. Узлами схемы являются места соединения двух и более ветвей.

Тепловые схемы могут быть линейными и нелинейными. Схема нелинейная, если она содержит хотя бы один элемент, параметры которого являются функцией температуры.

Обозначения на тепловых схемах представлены на рис. 4.5.1.

Рис. 4.51. Обозначения на тепловых схемах

На рис. 4.5.2 представлены системы двух тел и их тепловые схемы, отображающие процесс теплообмена между телами и окружающей средой, одно из тел имеет источник тепловой энергии , поверхности тел приняты изотермическими.

Рис. 4.5.2. Системы тел и тепловые схемы

По тепловой схеме представляется возможным рассчитать температуру в любой точке системы. Расчёт выполняется аналогично расчёту электрической схемы, при этом аналогом электрического тока является тепловая мощность, а аналогом напряжения - температура изотермической поверхности. Для более сложных схем расчет сводится к составлению и решению уравнений теплового баланса для узловых точек, аналогичных уравнению Кирхгофа для разветвлённой электрической цепи.