- •Тепловое проектирование радиоэлектронных средств
- •Введение
- •1. Измерение температуры
- •2. Основы теплообмена
- •2.1. Теплообмен конвекций
- •2.1.1. Основные положения
- •2.1.2. Теплообмен при естественной конвекции
- •2.1.2.3. Коэффициент теплопередачи между двумя поверхностями
- •2.1.2.3.1. Коэффициент теплопередачи плоских неограниченных прослоек
- •2.1.2.3.2. Коэффициент теплопередачи ограниченных прослоек
- •2.1.3. Теплообмен при вынужденном движении жидкости
- •2.1.3.1. Коэффициент теплоотдачи при движении жидкости вдоль плоской поверхности
- •2.1.3.2. Коэффициент теплоотдачи при движении жидкости в трубах
- •2.1.3.3. Определяющий размер тел, принудительно омываемых потоком жидкости
- •2.2. Лучистый теплообмен (теплообмен излучением)
- •2.2.1. Основные понятия и определения
- •2.2.2. Законы теплового излучения
- •2.2.3. Лучистый теплообмен между телами
- •2.2.3.1. Лучистый теплообмен неограниченных поверхностей
- •2.2.3.2. Теплообмен излучением ограниченных поверхностей
- •2.2.3.4. Влияние экранов на теплообмен излучением
- •2.3. Теплообмен кондукцией (теплопроводстью)
- •2.3.1. Основные понятия. Закон Фурье
- •2.3.2. Уравнение теплопроводности Фурье
- •2.3.3. Тепловой поток через стенки
- •2.3.3.1. Плоская стенка
- •2.3.3.2. Цилиндрическая стенка
- •2.3.4. Температурное поле тел с внутренними источниками тепла
- •2.3.4.1. Плоская неограниченная стенка
- •2.3.4.2. Параллелепипед
- •3. Основные закономерности стационарных температурных полей
- •3.1. Принцип суперпозиции температурных полей
- •3.2. Температурный фон
- •3.3. Принцип местного влияния
- •3.4. Тепловые модели радиоэлектронных средств
- •3.5. Тепловые схемы системы тел
- •3.6. Методика расчетов тепловых режимов рэс
- •3.7. Особенности теплообмена в условиях невесомости и пониженного атмосферного давления
- •4. Анализ и расчет стационарных тепловых режимов рэс
- •4.1. Расчет теплового режима рэс в герметичном кожухе с крупными деталями на шасси
- •4.1.1. Расчет среднеповерхностной температуры кожуха
- •Расчет температуры поверхности кожуха герметичного блока
- •4.1.2. Расчет среднеповерхностной температуры нагретой зоны
- •4.2. Расчет теплового режима рэс с внутренней принудительной циркуляцией воздуха
- •Пример расчетов
- •4.3. Расчет теплового режима рэс кассетных конструкций
- •4.3.1. Расчет теплового режима рэс кассетной конструкции (группа а)
- •4.3.2. Расчет теплового режима рэс с воздушными зазорами между кассетами (группа б)
- •Пример расчетов
- •4.4. Расчет теплового режима вентилируемых рэс
- •Пример расчетов
- •4.5. Расчет теплового режима аппарата с теплостоком
- •5. Системы обеспечения тепловых режимов рэс
- •5.1. Классификация сотр
- •5.2. Системы охлаждения рэс
- •5.2.1. Воздушные системы охлаждения рэс
- •5.2.2. Жидкостные системы охлаждения рэс
- •5.2.3. Испарительные системы охлаждения рэс
- •5.2.4. Кондуктивные системы охлаждения рэс
- •5.2.5. Система охлаждения, основанная на скрытой теплоте плавления
- •5.2.6. Основные элементы систем охлаждения рэс
- •5.2.6.1. Теплоносители
- •5.2.6.2. Теплообменники
- •5.2.6.3. Вентиляторы и насосы систем охлаждения (нагнетатели)
- •6. Специальные устройства охлаждения рэс
- •6.1. Тепловые трубы
- •6.2. Вихревые трубы
- •6.3. Турбохолодильник
- •6.4. Термоэлектрические охлаждающие устройства
- •7. Интенсификация теплообмена в рэс. Радиаторы и их расчет
- •7.1. Пластинчатые радиаторы
- •7.2. Пластинчатый радиатор в форме диска
- •7.3. Прямоугольная пластина
- •7.4.Тепловой поток в стержнях
- •7.5. Радиаторы
- •7.6. Влияние теплового контактного сопротивления на тепловой режим приборов
- •7.6.1. Влияние паст, смазок, усилия прижатия на значение теплового контактного сопротивления
- •7.6.2. Влияние электроизоляционных прокладок на тепловое контактное сопротивление
- •7.7. Рекомендации по конструированию радиаторов
- •8. Расчет нестационарных тепловых процессов
- •8.1. Охлаждение (нагревание) тел и системы тел без источников тепла
- •8.2. Охлаждение (нагревание) тел и системы тел c источниками энергии
- •8.3. Длительность начальной стадии
- •9. Влияние тепла и влаги на рэс и их элементы
- •9.1. Влияние температуры
- •9.2. Влияние влаги
- •10. Теплообмен при кипении жидкостей и конденсации паров
- •10.1. Теплообмен при кипении жидкости
- •10.2. Теплообмен при конденсации паров
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Тепловое проектирование радиоэлектронных средств
- •119454, Москва, пр. Вернадского, 78
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
“МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ
РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)”
А.И. УДАЛОВ
Тепловое проектирование радиоэлектронных средств
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
МОСКВА 2007
ББК 23.4.3
У 28
УДК 621.396.6.
Рецензенты: д.т.н. Ю.П. Сидоров
к.т.н. А.И. Андреев
У 28 Удалов А.И. Тепловое проектирование радиоэлектронных средств: Учебное пособие / Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)” - М.,2007. - 184 с.
Оцениваются воздействия на радиоэлектронные средства, вызывающие нарушения их функционирования. Выделены тепловые воздействия, вызывающие наиболее значительное влияние на работоспособность радиоэлектронных средств (РЭС). Рассмотрен механизм передачи тепла от элементов РЭС в окружающую среду, произведена оценка интенсивности выделения тепловой мощности.
Приведены алгоритмы расчетов тепловых режимов распространенных конструктивных вариантов РЭС. Рассмотрены системы обеспечения тепловых режимов (СОТР) РЭС, элементы их конструкций.
Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 210200 Проектирование и технология электронных средств (специальность 210201 Проектирование и технология радиоэлектронных средств).
Табл. 16. ил. 95. библиогр.: 28 назв.
Печатается по решению редакционно-издательского совета университета.
ISBN978-5-7339-0634-8 © А.И. Удалов, 2007
Введение
До конца 50-х годов расчетам теплового режима проектируемых изделий РЭС практически не уделялось должного внимания. Это было вызвано особенностью элементной базы РЭС того времени, невысокой функциональной насыщенностью изделий. Отказы аппаратуры из-за нарушения теплового режима воспринималось просто как досадное недоразумение [1,2,3,4,5]. Появление полупроводниковой элементной базы позволило не только увеличить коэффициент заполнения проектируемых изделий и их функциональную нагрузку, но и выявило необходимость уделять повышенное внимание обеспечению нормального теплового режима изделий РЭС, при котором температура элементов не превышает предельно допустимую величину.
В главе 9 проанализировано влияние факторов, влияющих на функционирование РЭС, отмечено, что тепло и влага имеют наиболее сильное воздействие на надежность РЭС. Так как указанные воздействия основаны на разных физических факторах, целесообразно рассматривать их влияние на РЭС и защиту от них отдельно. Настоящее учебное пособие посвящено в основном тепловым воздействиям.
Тепловое проектирование является одним из ответственных этапов создания РЭС, в значительной степени определяющим их функционирование на всех этапах жизненного цикла. Работа РЭС, как правило, характеризуется достаточно интенсивным выделением тепла в электрорадиоэлементах (ЭРЭ). По этой причине температура отдельных ЭРЭ в рабочем режиме может достигать 350 К и выше. РЭС проектируются инженерами, специализирующимися в разных направлениях, и за каждым направлением лежит определенная доля ответственности за правильное функционирование РЭС. Если схемотехники формируют условия передачи и приема информации, ее преобразования и транслирования к потребителю, то проектировщики обеспечивают условия надежного функционирования, эргономичность, экономичность, экологичность и другие важные для пользователей характеристики. Технические и эксплуатационные характеристики РЭС в немалой степени зависят от того, в каком температурном режиме работают ее ЭРЭ, а также функциональные блоки. В конструкцию РЭС закладывают систему обеспечения тепловых режимов (СОТР), которая в значительной степени обеспечивает бесперебойное функционирование РЭС.
Из-за сложности и разнообразия конструкций РЭС создание математических моделей для описания гидродинамики и теплопереноса в теплонагруженных элементах и воздушной среде, окружающей их, наталкивается на огромные трудности, связанные с поиском компромисса между полнотой разрабатываемой модели и возможностью ее численной реализации. Это предопределяет необходимость разработки специализированных методов и средств контроля теплового состояния РЭС.
Дисциплина “Теплофизика и тепловое проектирование” является одной из базовых дисциплин формирования инженера, занимающегося проектированием и технологией современных РЭС, работающих в жестких тепловых режимах. Специалист должен четко представлять физику переноса тепла из одной области пространства в другую, провести анализ теплового режима проектируемого изделия с использованием ЭВМ, на основании этого анализа заложить в изделие в необходимом объеме средства обеспечения нормального теплового режима. Кроме того, в случае необходимости он должен уметь провести тепловые измерения с привлечением необходимых измерительных средств.