15.1 Нормальный температурный режим эрэ изделия. Классификация систем охлаждения рэу

Разработчика РЭА интересует не тепловой режим вообще, а нормальный (или заданный) тепловой режим. Тепловой режим отдельного элемента считается нормальным, если соблюдаются два условия: температура элемента (или окружающей элемент среды) находится в пределах, определенных паспортом или техническими условиями на него, независимо от изменения окружающей аппаратуру среды; температура элемента должна быть такова, чтобы обеспечивалась его работа с заданной надежностью. Первое условие является обязательным для каждого элемента. Второе — специально оговаривается в ТЗ (ТТЗ) на аппаратуру. Тепловой режим всей аппаратуры считается нормальным, если обеспечивается нормальный тепловой режим всех его элементов без исключения.

Электрорадиоэлементы и электрорадиоматериалы обладают ограниченной теплостойкостью, т. е. могут нормально работать лишь в заданном диапазоне температур. Причина этого в различных физических и химических процессах, которые при повышении (понижении) температуры либо развиваются лавинообразно, либо приводят к усиленному старению материалов.

Надежность РЭА зависит от большого числа факторов, в том числе от температуры. В качестве показателя надежности используется понятие интенсивности отказов А — плотность распределения наработки до первого отказа. Интенсивность отказов для элементов РЭА определяется опытным путем. В состав РЭА вводят элементы многих типов, их надежность по-разному зависит от температуры. Можно, однако, считать, что при увеличении температуры воздуха внутри блоков на 10К интенсивность отказов в среднем увеличивается на 25%

Таким образом, проблемы отвода тепла настолько важны, что ими должны заниматься не только узкие специалисты, но и все разработчики РЭА на разных стадиях, начиная от разработки принципиальной схемы, включая выбор компонентов, материалов, разработку технологии, и кончая сборкой. Очень важно вопросами обеспечения нормального теплового режима занижаться на ранних стадиях проектирования РЭА, не дожидаясь готового изделия.

Системы охлаждения, применяемые в РЭА, работают на разных принципах передачи тепла. Но наибольшее распространение получили системы передачи тепла конвекцией, т. е. системы газового (воздушного) и жидкостного охлаждения.

Системы газового и жидкостного охлаждения можно классифицировать по нескольким принципам. По способу передачи теплоносителя — на системы естественного и принудительного охлаждения. В системах естественного охлаждения теплоноситель движется вдоль тепловыделяющих поверхностей за счет разности плотностей в нижней и верхней частях потока. Эта разность вызвана разностью температур в этих частях. Частицы жидкости или газа, соприкасаясь с нагретой поверхностью, нагреваются и при этом плотность потока уменьшается. Вследствие этого частицы начинают подниматься, а их место занимают более холодные частицы. Таким образом, происходит естественное движение теплоносителя. В системах принудительного охлаждения жидкость или газ направляется к объектам охлаждения с помощью специальных устройств (насосов, компрессоров, вентиляторов и пр.). При этом на охлаждение РЭА расходуется мощность.

По способу воздействия на объект охлаждения: различают системы прямого и косвенного охлаждения. При прямом охлаждении предусматривается прямой контакт теплоносителя с объектом охлаждения. При косвенном охлаждении между теплоносителем и объектом охлаждения существует дополнительный тепловое сопротивление в виде слоя воздуха, стенки корпуса и т. д.

По количеству объектов охлаждения: системы общего и локального охлаждения. Общее – при правильном распределении теплоносителя охлаждается все элементы. Это может происходить как при прямом, так и при косвенном охлаждении. Если среди всех тепловыделяющих элементов можно выделить 1 или несколько элементов, требующих спец. охлаждения, то с точки зрения экономии подавать теплоноситель только к этим отдельным элементам т. е. создавать систему локального охлаждения. Это ведет к снижению массы, объема, энергопотребления.

По конструктивному исполнению: разомкнутые и замкнутые. В разомкнутых системах теплоноситель отняв тепло у источника выбрасывается в окружающую среду и в дальнейшем не используется. В замкнутых системах теплоноситель циркулирует по замкнутому циклу. Замкнутые системы по конструкции сложнее – предусмотрен отбор тепла от теплоносителя прежде чем его опять подать его к охлаждаемому объекту. Системы жидкостного охлаждения обычно замкнутые. Системы воздушного охлаждения могут быть разомкнутыми. Однако их стремятся делать замкнутыми.

На тепловое сопротивление влияет род охлаждающей жидкости и газа, а также интенсивность их движения.

При естественном воздушном охлаждении выделяемая элементами РЭА тепловая энергия конвекцией и излучением передается корпусу РЭА и таким же путем рассеивается в окружающую среду. В герметичном корпусе РЭА теплообмен осуществляется от элементов РЭА к воздуху аппарата, от воздуха к кожуху и от кожуха в окружающую среду. Естественная вентиляция РЭА осуществляется за счет разности плотности холодного воздуха снаружи и нагретого воздуха внутри кожуха при наличии на кожухе РЭА вентиляционных отверстий. В качестве жидких теплоносителей применяется вода, водоспиртовые смеси, кремнийорганические и фтороорганические жидкости.