Принудительное воздушное охлаждение

1. Эффективность такого типа охлаждения тем больше, чем ниже температура обдувающего воздуха и чем больше его скорость.

2. Для снижения влажности воздух необходимо очищать путем применения различных фильтров.

3. Принудительный поток охлаждающего воздуха создается специальными воздуходувными устройствами, которые для своей работы требуют определенных энергозатрат. Так, при охлаждении самолетной аппаратуры на высоте 20 км собственное выделение тепла воздуходувного устройства равно отработанному от РЭС количеству тепла.

4. Нагретый воздух может быть предварительно охлажден специальными устройствами, например, расширительной турбиной.

5. Необходимо предусмотреть хорошую обтекаемость воздухом теплонагруженных узлов и блоков.

Жидкостные системы

1. Системы спецназначения. Распространены реже воздушных.

2. Работоспособность до –60 °С обеспечивается применением антифриза.

3. Имеют меньшие габариты и вес по сравнению с системами воздушного охлаждения (вследствие большой охлаждающей способности жидкости).

Испарительные системы общего охлаждения обладают следующими преимуществами:

1) наибольший коэффициент теплообмена имеет место при испарении жидкости с охлаждаемой поверхности. Поэтому рассматриваемые системы по эффективности охлаждения превосходят все другие;

2) вес испаряющейся воды относительно невелик и составляет 1,6 кг/ на 1 кВт рассеиваемой мощности;

3) охлаждение водяной системой целесообразно только в том случае, если поверхность теплонагруженных блоков нагрета до 110-120 ⁰С.

Как уже было показано в частных примерах, внешняя среда является определяющей в большинстве случаев охлаждения РЭС. Внешний теплообмен протекает по-разному в различных средах. Внешней средой для РЭС может служить газ, жидкость или твердое тело. Газообразной средой, как указывалось, может быть воздух, а также азот, гелий, водород.

В качестве жидкой среды кроме воды используют этиловый и метиловый спирты, их смесь с водой, этиленгликоль и его смеюсь с водой, фреоны различных марок, антифризы, полиметилсилоксановые жидкости, фторорганические жидкости и др. Твердой внешней средой, воспринимающей наибольшую мощность рассеивания РЭС, служат поверхности объекта установки (стенки кузова машины, отсека корабля, самолета, ракеты). Кроме того ими могут быть земля, лед, различные типы компаундов, пластмасс, парафин и др.

Интенсивность охлаждения определяется не только физическим составом среды, но и ее состоянием. Среда может быть в одно- и многофазном состояниях, а также находиться в состоянии покоя или принудительного движения. Кроме того, давление газовой или жидкостной среды в зависимости от условий эксплуатации и специальных требований может быть ниже или выше атмосферного. Так, например, на космических аппаратах РЭС работает в условиях невесомости, вследствие чего там отсутствует естественный конвективный теплообмен с окружающей средой. Теплообмен между нагретой зоной и корпусом происходит через воздушную или газовую среду только путем излучения. При этом теплопередача наименьшая из всех.

Одним из основных факторов, определяющих условия терморегулирования и охлаждения является конструкция корпуса. В том случае, если корпус РЭС является герметичным или пыле- и влагозащитным, а внешний и внутренний хладагенты не взаимодействуют друг с другом, конструкция и способ терморегулирования корпуса оказывают определяющее влияние на процесс теплообмена нагретой зоны РЭС. Для увеличения внутреннего конвективного теплообмена между нагретой зоной и корпусом используется принудительная вентиляция (перемешивание) газа. При этом часть корпуса изготавливается ребристой. Для уменьшения влияния внешней окружающей среды корпус покрывается тепловой изоляцией.

Основной вывод, который можно сделать после знакомства с конструктивными особенностями РЭС, состоит в том, что способ охлаждения во многом определяет конструкцию РЭС. Поэтому уже на ранней стадии конструирования необходимо выбрать способ охлаждения, после чего уже можно приступить к предварительной проработке конструкции. Выбранный способ охлаждения должен обеспечить заданный по ТЗ тепловой режим РЭС.

Выбор способа охлаждения на ранней стадии конструирования часто имеет вероятностный характер, т.е. дает возможность оценить вероятность обеспечения заданного по ТЗ теплового режима РЭС. При этом зa основной показатель принимается величина удельного теплового потока

, (160)

где Ф - суммарная рассеиваемая тепловая мощность; Кp - коэффициент, учитывающий давление воздуха; Sn - поверхность теплообмена.

Вторым показателем может служить минимально допустимый перегрев элементов

, (161)

где Т_imin - допустимая температура корпуса наименее теплостойкого элемента по ТЗ; Тс - температура среды (соответствует максимальной температуре окружающей среды).

Эти данные позволяют приблизительно определить способ охлаждения в зависимости от Тс и lgq.

Продолжительной устойчивой работы приборов удается добиться, лишь создав им необходимые температурные условия. Как правило, температурные условия работы температурно-нагруженных приборов обеспечиваются системой охлаждения.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие системы охлаждения РЭС вы знаете?

2. Какими факторами определяется качество систем охлаждения РЭС?

3. Для чего применяется контактный способ охлаждения?

4. Назовите факторы, определяющие качество естественного воздушного охлаждения?

5. Какие преимущества имеют испарительные системы охлаждения?