2. 5. Инженерные методики расчета тепловых режимов блоков эвм.

Расчеты теплового режима блоков ЭВМ заключаются главным образом в определении по конструктивным данным тепловой модели температур нагретых зон и поверхностей элементов. В ходе расчета определяют также температуру в других характерных зонах изделия (окружающего воздуха, корпуса и т. д.) и характеристики системы охлаждения. Методики расчета считаются удовлетворительными, если результаты расчета обладают заданной точностью, подтверждаются опытом проектирования и испытаниями опытного образца. Обычно методика считается инженерной, если обеспечивается точность расчета не хуже 10-15%. В инженерных методиках наиболее часто используется коэффициентный метод, т. е. связь между перегревом нагретой зоны и влияющими на тепловой режим изделия факторами осуществляется при. помощи соответствующих коэффициентов.

Порядок расчета теплового режима блока с естественным воздушным охлаждением.

Исходными данными для расчета являются размеры блока мощность, рассеиваемая блоком Рб, компонентом Рк, площадь по­верхности компонента 2к, количество пв. о. и площадь 5в. о. вентиляционного отверстия, максимальная температура окружающей среды То. с. , эскиз или сборочный чертеж блока. При расчете в следующем порядке определяют: поверхность кожуха блока

поверхность нагретой воны (НЗ) (для горизонтальной ориентации шасси блока)

удельную мощность, рассеиваемую кожухом,

удельную мощность, рассеиваемую НЗ,

перегревы ΔT1 и ΔT2 по графикам на рис. 7, а, б

Суммарную площадь вентиляционных отверстий

коэффициент перфорации

коэффициент m k по графику на рис. 7, в;

перегрев кожуха

перегрев нагретой зоны

Рисунок 7 - Графики расчета теплового режима блока с естественным воздушным охлаждением

Рисунок 8 - Графики расчета теплового режима блока с принудительным воздушным охлаждением

_{средний перегрев воздуха в блоке}

_{удельную мощность, рассеиваемую компонентом}

перегрев поверхности компонента

перегрев окружающей компонент среды

температуру кожуха, НЗ, воздуха в блоке, поверхности компонента иокружающей компонент среды суммированием соответствующих перегревов и максимальной температуры окружающей среды То. с.

Если температура поверхности критичного к перегреву компонента оказывается выше значений, указанных в ТУ на него, то данный способ охлаждения работоспособность блока не обеспечивает и возникает необходимость в принудительном охлаждении.

Порядок расчета теплового режима блока с принудительным воздушным охлаждением.

Исходными данными являются размеры блока (плоскость ориентирована перпендикулярно направлению продува, размер вдоль направления продува), рассеиваемая блоком мощность Рб, максимальная температура на входе блока Твх, рассеиваемая компонентом мощность Рк, его поверхность Sk и расстояние в направлении продува воздуха от места Поступления в блок до компонента 1п. к, расход воздуха 6в, эскиз или сборочный чертеж блока.

При расчете теплового режима в следующем порядке определяют: средний перегрев воздуха в блоке

площадь поперечного сечения блока, перпендикулярного направлению продува воздуха

коэффициенты графикам на рис. 8, а-г; поверхность НЗ блока на основе эскиза или сборочного чертежа; перегрев НЗ

удельную мощность, рассеиваемую НЗ

удельную мощность, рассеиваемую компонентом

Перегрев поверхности компонента

температуру воздуха на выходе ив блока

перегрев окружающей компонент среды

температуру НЗ, воздуха в блоке, поверхности компонента, окружающей компонент среды суммированием соответствующих перегревов и максимальной температуры на входе в блок Твх.

Если перегрев поверхности или окружающей компонент среды окажется выше значений, указанных в ТУ на компонент, то увеличивают расход воздуха и повторяют расчеты.

В блоках рассчитывается тепловой режим не всех компонентов, входящих в состав, а лишь критичных к перегреву. При этом необходимо придерживаться следующей последовательности:

задаются вероятностью Р того, что при определенном перегреве НЗ температура компонента не будет выше некоторого значения (обычно Р=0,950.99);

для выбранного способа охлаждения вычисляют перегрев нагретой воны, а ив графиков на рис. 9 определяют критичную величину перегрева Ткр.

Особенности расчета теплового режима рам и стоек с воздушным охлаждением.

Рама многорамной стойки или стойка, предназначенная для установки блоков, обычно комплектуется ив одного, двух, реже трех и более вертикальных рядов блоков. Соседние блоки равных рядов разделяются тепловыми экранами, которыми обычно служат межблочные, межрамные и межстоечные перегородки. Охлаждающий стойку или раму воздух оказывается разделенным, на несколько не перемешивающихся между собой потоков. Каждый поток, проходя из нижних блоков к верхним, постепенно нагревается. В результате в самых неблагоприятных условиях оказывается верхний блок. Температура нагретой воны, воздуха в блоке, поверхности и окружающей компонент среды находится суммированием соответствующих перегревов с температурой воздуха на выходе ив блоков, расположенных ниже. Температура на входе Твх нижнего блока оказывается равной температуре охлаждающего воздуха.

Методика выбора вентиляторов для блоков с принудительным воздушным охлаждением.

Количество теплоты Q ккал, получаемое воздухом массой Gb, при увеличении его температуры над равно

где с - удельная теплоемкость воздуха, равная 0.24 ккал/кг* С. Расход воздуха на охлаждение Vp,

где Р - потребляемая мощность, кВт; к - 1,25 - коэффициент

Рисунок 9 - Зависимость перегрева компонента от перегрева нагретой зоны для естественного (а) и принудительного (б) воздушного охлаждения

Рисунок 10 - Зависимость статического давления (напора) вентиляторов от их производительности: 1 - для центробежного; 2 - для осевого

Мощность, рассеиваемая в ЭВС, принимается равной потребляемой аппаратурой электрической мощности. При полном переходе электрической энергии в тепловую справедливо соотношение 1кВт*ч = 860 ккал. Плотность воздуха при 0 С и давлении 1013 кПа равна 1,293 кг/м3 . В реальных условиях эксплуатации плотность охлаждающего Воздуха может изменяться. В системах охлаждения применяются как осевые, так и центробежные вентиляторы, типичные характеристики которых (зависимости напора (статического давления) Нв от расхода воздуха V) приведены на рис.10. Для выбора вентилятора необходимо иметь его характеристики и знать аэродинамическое сопротивление охлаждаемой ЭБА. Подбираемый вентилятор должен обеспечивать производительность (Ув4, Ув2), равную, или, с учетом возможной утечки охлаждающего воздуха несколько большую расчетного расхода воздуха Ур. Если выбранный вентилятор (кривая 1 на рис.11) не обеспечивает необходимого расхода и Ув оказывается меньше Ур, то необходимо подобрать другой, с большим напором или производительностью (кривая 2).

В табл. 1-3 приведены некоторые справочные данные для выбора вентиляторов, а на рис.12 аэродинамические характеристики вентиляторов.

Если требуемые параметры не обеспечиваются ни одним из имеющихся в наличии вентиляторов, то возможна установка на совместную работу нескольких вентиляторов. При этом для увеличения производительности вентиляторы устанавливаются на параллельную работу, для увеличения напора - на последовательную. По характеристике вентилятора для требуемых значений расхода Ур и напора Нр определяют число оборотов, КПД и окружную скорость на ободе крыльчатки. Последняя позволяет оценить механическую прочность вентилятора, а также механические и аэродинамические шумы. Бесшумность в работе будет иметь место, если окружная скорость не превышает 25-30 м/с. При выборе вентилятора необходимо стремиться, чтобы напор и производительность в рабочей точке соответствовали максимальному КПД вентилятора. Мощность электродвигателя к вентилятору рассчитывается по формуле

где - КПД вентилятора; - КПД передачи электродвигателя к вентилятору. При непосредственной посадке вентилятора на вал электродвигателя - 1, черев муфту - 0,98 , ременный привод - О. 95.

Рисунок 11 - К методике выбора вентиляторов: 1,2 - аэродинамические характеристики вентиляторов; 3 - аэродинамическая характерно тика блока

Рисунок 12 - Аэродинамические характеристики вентиляторов, применяемых для охлаждения технических средств ЕС ЭВМ и характеристика 1/2 рамы электроники типовой стойки: 1 - ЕС Т001/0006; 2- ЕС ТОО1/0007; 3 - 1,25 ЭВ-2-6-3270; 4 - ЕС Е001/0096; 5 - ЕС Т001/0004; 6 - 1,0 ЭВ-1,4-1-3270; 7 -характеристика 1/2 рамы (три панели по вертикали)

Таблица 1 - Характеристики малогабаритных осевых вентиляторов

Тип вентилятора	Параметр					Размеры вентиляторов, мм			Масса, кг
	Производительность, м3/ч	Напор Па	Скорость вращения, мин-1	Потребляемая мощность, Вт	Уровень шума, Дб	Диаметр крыльчатки	Сторона фланца	Высота корпуса
ВМ-2	150	20	2200	20	65		129	39	0,6
ВВФ-36	15	30					40	32	0,6
ВВФ-46	20	40	2800	15	60		50	40	0,6
ВВФ-56	30	50					62	42	0,7
ВВФ-71	45	70	2850	22	55		80	42	0,8
ВВФ-90	90	90	2820	20	55		100	42	0,9
ВВФ-112М	140	110	2720	20	48		120	42	1,0
ВВО-140М	90	140				140	80	60	1,2
ВВО-180М	210	180				180	80	70	1,3
ВВО-224М	390	220	2310	20	55	224	100	75	1,5
ВВО-280М	600	280				280	100	80	2,0

Установочная мощность электродвигателя

где кр - коэффициент запаса по мощности (для центробежных вентиляторов кр-1,5, осевых кр- 1,2).

Таблица 2 - Характеристики вентиляторов для подвижных ЭВО

Тип вентилятора	Произ-води-тель-ность, м3/ч	Напор, Па	Тип двигателя	Потреб-ляемая мощность, Вт	Ско-рость враще-ния, об/мин	Габариты, мм	Масса, кг
Осевой	700	120	УАД-74	30	1280	300х300х165	4,2
Осевой	300	60	УАД-32	7	2700	235х235х128	1,2
ВН-8	-	-	-	25	2750	140х140х190	0,8
ЦентробежныйЦ13-69	1500	600	АОЛ-2-22-4	1600	1450	606х612х610	7,8
Центробежный	100	160	ДАТ-100	100	8000	129х165х75	1,6
-//-	60	120	ОД-7А	7	7000	129х165х120	0,5
Осевой	2200	240	АОЛП-12-10	270	4600	270х270х278	6,7