5. Анализ и расчет стационарных тепловых режимов рэс

В данном разделе рассмотрены наиболее распространенные конструкции радиоэлектронных аппаратов и особенности расчета их тепловых режимов.

5.1. Расчет теплового режима рэс в герметичном кожухе с крупными деталями на шасси

Радиоэлектронный аппарат, кожух которого герметичен и имеет форму прямоугольного параллелепипеда с размерами , представлен на рис.5.1.1. На рисунке отмечены особенности конвективного теплообмена при разной ориентации шасси.

Рис. 5.1.1. Тепловые процессы в аппаратах с крупными деталями на шасси

Рис. 5.1.2. Обобщенная тепловая схема герметичного блока

Под герметичностью кожуха будем понимать отсутствие в нем отверстий, через которые могли бы проходить конвективные потоки воздуха из внутренних областей аппарата в окружающую среду. На шасси такого РЭС установлены ЭРЭ, рассеивающие суммарную мощность . Мощность, выделяемая ЭРЭ, передается на кожух, с которого уходит в окружающую среду. Обобщенная тепловая схема такого блока представлена в виде, изображенном на рис. 5.1.2.

Так как с поверхности кожуха будет рассеиваться тепло с помощью конвекции, лучеиспускания и кондукции, то участок кожух - среда может быть представлен тепловой моделью первого вида. Поверхность кожуха принимается изотермической, а тепло с кожуха может уходить в среду указанными выше видами теплообмена. Доля тепла через кондуктивный канал весьма незначительна (через изоляторы, амортизаторы или через нижнюю поверхность, которая на практике бывает практически холодной), поэтому кондуктивным каналом можно пренебречь. Особенности лучистого теплообмена таковы, что интенсивность теплообмена с отдельных поверхностей не зависит от ориентации этих поверхностей в пространстве. Вследствие этого на тепловой схеме этот канал представлен одним сопротивлением . Интенсивность конвективного теплообмена зависит от ориентации поверхностей кожуха в пространстве, вследствие чего можно выделить три характерных поверхности: верх, дно и бок (четыре боковых поверхности имеют одинаковую интенсивность теплообмена). Тепловая схема участка кожух - среда представлена на рис. 5.1.3.

Шасси с установленными на нем электрорадиоэлементами образуют нагретую зону. Мощность, выделяемая в нагретой зоне, кондукцией, конвекцией и излучением передается кожуху, который рассеивает ее в окружающую среду.

При большой плотности упаковки деталей конвективное движение воздуха во внутренних областях нагретой зоны практически отсутствует, конвективные потоки развиваются только на периферии нагретой зоны, проникая вглубь ее в тех местах, где расстояние между деталями достаточно велики. При горизонтальном расположении шасси такая картина имеет место в верхнем отсеке аппарата. В нижнем отсеке (под шасси) конвекция практически отсутствует, т.к. здесь нагретые слои воздуха расположены выше холодной поверхности дна кожуха. В аппаратах с вертикально ориентированным шасси конвективное движение воздуха имеет место в обоих отсеках, занимая прослойки между стенками кожуха и периферийными поверхностями нагретой зоны.

Рис. 5.1.3.Тепловая схема герметичного блока

При большой плотности компоновки и в лучистом теплообмене с корпусом участвуют только периферийные поверхности нагретой зовы. Излучение с поверхностей ЭРЭ и шасси, расположенных в глубине нагретой зоны, экранируются соседними ЭРЭ, поэтому оно практически не достигает кожуха аппарата.

Кондуктивные связи шасси с корпусом, как показывает практика, слабо влияют на тепловой режим нагретой зоны.

Указанные особенности теплообмена позволяют представить нагретую зону в виде прямоугольного параллелепипеда, отделенного от кожуха сверху и снизу плоскими зазорами, заполненными воздухом, а зазор между боковыми поверхностями кожуха и зоны считается бесконечно малым (рис. 5.1.4).

Температура поверхности условной нагретой зоны принимается равной средне поверхностной температуре реальной нагретой зоны, а температура всех точек кожуха также принимается одинаковой, равной его средне поверхностной температуре.

Размеры основания условной нагретой зоны считаются равными размерам шасси ,, а высота зоны вычисляется по формуле

,

где и - суммарный объем деталей с обеих сторон шасси; - объем шасси.

Рис. 5.1.4. Тепловая модель аппарата с горизонтальным шасси

Высоту нагретой зоны можно выразить также через коэффициент заполнения аппарата

,

где .

Толщина прослоек между кожухом и нагретой зоной будет равна .

На основании особенностей теплообмена участка зона - кожух, можно составить тепловую схему этого участка, входящую в общую схему, представленную на рис. 5.1.3.

Нужно найти среднеповерхностную температуру кожуха и нагретой зоны, приняв температуру среды известной и равной . Так как мощность, подводимая к зоне, равна мощности, уходящей с кожуха, представляется целесообразным провести расчет температуры кожуха, не принимая во внимание конструктивных особенностей нагретой зоны, полученную температуру кожуха далее следует использовать при расчете температуры нагретой зоны.

Расчет температуры кожуха можно провести методом тепловой характеристики и методом последовательных приближений. Наиболее часто используют второй метод, удобный для выполнения расчетов с применением ЭВМ [10].