31.1 Способы охлаждения рэу. Выбор способа охлаждения на ранней стадии проектирования.

Защита аппаратуры от тепловых воздействий осуществляется применением системы обеспечения тепловых режимов. Система может либо под­водить тепло к аппаратуре, либо отводить тепло, т. е. охлаждать ее. Различают два вида теплового режима: стационарный (установивший­ся) и нестационарный. Стационарный режим характеризуется тем, что темпера­тура каждого элемента аппарата не меняется во времени. Это возможно при постоянной рассеиваемой мощности и при достаточно длительной работе аппа­ратуры. Если мощность выделяется в аппарате периодиче­ски или она работает относительно короткое время, ре­жим остается нестационарным. Большинство РЭА работает в стационарном тепловом режиме.

Большинство систем охлаждения РЭА, основаны на способах теплоотдачи конвекцией: естест воздушная конвекция с излучением, принудит воздушная конвекция, естест. конвекция в жидкости, принудит конвекция в жидкости, кипение жидкости. Классиф систем газового (возд.) и жидкостного охлаждения:

1) по способу передачи теплоносителя — на системы есте­ственного и принудительного охлаждения. В системах естест. охл. теплоноситель движется вдоль тепловыделяющих поверхностей за счет раз­ности плотностей в нижней и верхней частях потока. Эта разность вызвана раз­ностью температур в этих частях. В системах принуд. Охл. жидкость или газ направ­ляется к объектам охлаждения с помощью спец. устройств (насосов, вентиляторов и пр.). На охлаждение РЭА расходуется мощность.

2) по способу воздействия на объекты охлаждения системы охлаждения раз­деляются на системы прямого и косвенного воздействия. Прямое воздействие предусматривает непосредственный контакт теплоносителя с объектом охлаж­дения. При косвенном охлаждении между теплоносителем и объектом охлаж­дения существует какое-то дополнительное тепловое сопротивление в виде слоя воздуха, стенки корпуса и т. п.

3) по количеству объектов охлаждения системы охлаждения делятся на сис­темы общего и локального охлаждения. В случаях общего охлаждения охлаждаются все тепловыделяющие элементы. Это может происходить как при прямом, так и косвенном охлаждении. Когда нужно выделить только один или несколько эл-ов для ох­лаждения, создают систему ло­кального охлаждения, что ведет к уменьшению объема, массы и энергопотребления средства охлаждения.

4) по конструктивному исполнению системы охлаждения разделяются на разом­кнутые и замкнутые. В разомкнутых системах теплоноситель, отняв тепло от его источников, выбрасывается в окружающую среду и в дальнейшем больше не используется. В замкнутых системах теплоноситель циркулирует по замкнутому циклу. Эти системы сложнее разомкнутых, так как требуют введения в них дополнительных устройств, обеспечивающих отбор тепла от теплоносителя, прошедшего через аппарат, перед тем как снова подавать его к объектам охлаждения. Системы жидкостного охлаждения в основном замкнутые, системы воздушного охлаждения могут быть и разомкнутыми, но, учитывая возможное заражение окружающей среды, отрицательно влияющее на работоспособность аппаратуры и обслуживающего ее персонала, системы воздушного охлаждения чаще всего делаются тоже замкнутого типа. На тепловое сопротивление влияют род охлаждающей жид­кости и интенсивность ее движения.

5) Жидкостные и испарительные системы охлаждения.

Жидкостные системы охлаждения эффективны, если обеспечивается хороший тепловой контакт между источниками теплоты и охлаждающей жидкостью. Создание таких разъемных тепловых контактов сложная задача. В воздушно-жидкостных системах охлаждения отвод теплоты от блоков осуществляется как поступающим в стойку от вентиляторов воздухом, так и жидким носителем (водой, реже фреонами, антифризами), протекающим по трубам к охладителям. Охладители выполняются в виде системы параллельных трубок, расположенных под каждым охлаждаемым блоком. В кондуктивно-жидкостных системах охлаждения используется принцип параллельного охлаждения, когда каждый ряд элементов конструкции или каждый эл-т охлаждается отдельно.

Выбранный способ охлаждения должен обеспечить заданный по ТЗ тепловой режим РЭА. что можно проверить расчетным путем либо опытным после испытания макета или опытного образца. Для выбора способа охлаждения требуется:- суммарная мощность Р, рассеиваемая в блоке; диапазон рабочих температур блока Т_{с max} и Т_{c min,}, пределы изменений давлений среды Н_max и Н_min, время непрерывной работы и т.д.

Выбор способа обеспечения нормального теплового режима, а также системы охлаждения ЭВМ, как правило, производится на ранних стадиях разработки ЭВМ и основывается на определении плотности теплового потока q_s и допустимого перегрева конструкции ∆t. Плотность теплового потока, проходящего через поверхность теплообмена q = Р·К_Р/S,где P - суммарная мощность, рассеиваемая РЭА с поверхности теплообмена. К_p - коэффициент, учитывающий давление воздуха (при атмосферном давлении К = 1). S_з - условная поверхность зоны теплообмена. В соответствии с плотностью теплового потока узлы и блоки РЭУ подразделяют на теплоненагруженные (q_s < 0,05 Вт/см²) и теплонагруженные (q_s > 0,05 Вт/см²). В теплоненагруженных конструкциях их нагрев при естественном охлаждении относительно температуры окружающей среды не превышает 30 К. В теплонагруженных конструкциях требуется принудительное охлаждение. Допустимый перегрев элементов РЭА: ∆Т_С=Т_ιМИН - Т_С где Т_мин(Т ) - допустимая температура корпуса наименее теплостойкого элемента по ТЗ. Рассчитав показатели q и ∆T по графику выбора способа охл. определяют способ охлаждения (естественное воздушное охлаждение; принудительное воздушное охлаждение; смешанное воздушно-жидкостное охлаждение; жидкостное охлаждение; жидкостно-испарительное охлаждение без прокачки; жидкостно-испарительное охлаждение с интенсивной прокачкой; охлаждение испарением жидкости с прокачкой).