- •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
5.2.6. Основные элементы систем охлаждения рэс
В общем случае в состав системы охлаждения входят агрегаты (вентиляторы, компрессоры, насосы) для обеспечения движения рабочего вещества (теплоносителя), устройства для транспортирования и содержания теплоносителя (трубопроводы, арматура, баки) и теплообменники.
Целесообразно рассмотреть основные элементы систем охлаждения.
5.2.6.1. Теплоносители
Теплоносители оказывают существенное влияние на эффективность, массу, габариты и эксплуатационные характеристики систем охлаждения. Требования к теплоносителям весьма многообразны и специфичны. В каждом конкретном случае теплоноситель выбирается с учетом его теплофизических, электрофизических и эксплуатационных свойств.
Для оценки пригодности жидкостей и газов в качестве теплоносителя можно использовать информацию о теплофизических свойствах, приведенную в [1].
Воздух, как теплоноситель, широко применяется в системах охлаждения наземного и авиационного оборудования, что обусловлено такими его преимуществами, как химическая инертность, малая электропроводность и теплопроводность, масса и т.д. Однако воздух не может обеспечивать съем больших плотностей теплового потока.
Хорошим теплоносителем является вода. Недостаток воды - высокая температура кипения и замерзания. Для снижения температуры кипения применяют водные растворы легкокипящих жидкостей. Например, 30%-ный водный раствор этилового спирта имеет соответственно температуры кипения и замерзания +84оС и -24оС, а 80%-ный раствор - +79оС и -51оС.
В системах охлаждения широко применяются фторорганические жидкости - перфторуглероды общей формулы . Эти жидкости негорючие, инертны по отношению к металлам и изоляционным материалам, обладают хорошей теплопроводностью и теплоемкостью, низкой электропроводностью (удельное объемное сопротивление равно 1010…1014Ом·м и высокой электрической прочностью (пробивное напряжение достигает 50…300 кВ/см), причем электрическая прочность не зависит от температуры и сохраняется при температуре кипения. Диэлектрическая проницаемость жидкостей перфторпарафинов, фторированных аналогов аминов, близка к диэлектрической проницаемости воздуха () и сравнительно мало изменяется в широких температурных пределах.
По своим свойствам фтороуглероды близки к сжиженным инертным газам. Температура кипения их, в зависимости от химической структуры, лежит в пределах +(30…190)оС, замерзания -(30…160)оС.
Теплофизические, химические и электрофизические свойства этих жидкостей позволяют использовать их в жидкостно-испарительных системах, где источники тепла имеют непосредственный контакт с жидкостью.
Недостатком фторорганических жидкостей является их повышенная летучесть, что накладывает определенные требования к конструктивному оформлению систем охлаждения.
5.2.6.2. Теплообменники
Под теплообменником понимается устройство, в котором осуществляется передача тепла от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку.
Конструкция теплообменников может быть самой различной. Простейшей конструкцией теплообменника является "труба в трубе" (рис. 5.2.7), в котором один из теплоносителей протекает по внутренней трубе, другой (хладагент) - в межтрубном пространстве.
В зависимости от направления взаимного протекания теплоносителя и хладагента теплообменники различают с прямотоком, противотоком. Изменение температуры теплоносителя и хладагента по длине теплообменника представлено на рис. 5.2.7.
Рис. 5.2.7. Простейший теплообменник "труба в трубе": а - с прямотоком, б - с противотоком
В РЭС используются более сложные конструкции теплообменников. Наибольшее применение нашли кожухотрубные и компактные теплообменники (рис. 5.2.8).
В кожухотрубных теплообменниках одни ветви внутренних трубок работают в условиях прямотока, другие - противотока. В изображенном компактном теплообменнике теплоноситель и хладагент движутся под прямым углом по специальным каналам (схема перекрестного тока).
Рис. 5.2.8. Теплообменники: а - кожухотрубный;
б – компактный
В компактных теплообменниках за счет оребрения (стенки каналов) удается получить высокие значения тепловых потоков от теплоносителя к хладагенту при сравнительно небольших объемах устройства.