6.4. Теплообмен в конструкциях эс

С позиции теплофизики РЭС представляет собой устройство, преобразующее электроэнергию источников питания в тепловую. Тепловая модель РЭС может быть представлена физическим телом со множеством источников и стоков тепла в виде резисторов, транзисторов, ЭВП и различных элементов конструкции. Перенос тепла от горячего тепла к холодному (или к окру-

жающей среде) происходит за счет теплопроводности, конвекции и теплового излучения.

Теплопроводность – процесс обмена тепловой энергией между находящимися в соприкосновении телами или частями тел, обусловленный взаимодействием молекул и атомов в этих телах. Конвекцией называется перенос энергии микрочастицами газа или жидкости. Конвекция может быть естественной и вынужденной. Перенос тепла излучением происходит посредством электромагнитных волн.

Передача тепла за счет теплопроводности.

Чаще всего в процесс передачи теплоты от кожуха аппарата к окружающей среде роль теплопередачи незначительна. Это связано с тем, что площадь теплового контакта S между кожухом и основанием, на котором он закреплен, всегда во много раз меньше площади кожуха. Однако в процессе отвода теплоты от отдельных элементов, рассеивающих большую мощность, к расположенным рядом элементам конструкции роль теплопроводности может быть

решающей.

Передача тепла за счет конвекции. В зависимости от характера движения теплоносителя различают четыре режима теплообмена:

1) Пленочный режим. У поверхности образуется почти неподвижная пленка нагретого теплоносителя. Теплообмен происходит за счет теплопроводности и радиации. Такой режим теплообмена имеет место при небольших температурных перепадах для тел с плавными очертаниями.

2) Закон степени 1/8:Такой режим имеет место при охлаждении тонких длинных стержней. Режим движения теплоносителя – ламинарный, т.е. газ перемещается слоями, параллельными направлению движения. Интенсивность теплообмена незначительная.

3) Закон степени 1/4: При этом законе около охлаждаемых поверхностей происходит интенсивное ламинарное движение теплоносителя. Интенсивность теплообмена выше, чем при законе 1/8.

4) Закон степени 1/3:При законе степени 1/3 характер движения теплоносителя вихревой, теплообмен наиболее интенсивный. Для плоских цилиндрических поверхностей характер теплообмена определяется неравенством:

Передача тепла за счет излучения. Всякое нагретое тело отдает часть выделяемой в нем теплоты в виде лучистой энергии. Если оно окружено другими телами, которые не являются абсолютно черными, то часть получаемой ими тепловой энергии отражается. В зависимости от онфигурации и размерности тел какая-то часть отраженной энергии попадает обратно на теплоизлучающее тело.

6.4.1. Методы теплового моделирования

Существуют два основных метода теплового моделирования:метод изотермических поверхностей и метод однородного тела.Метод изотермических поверхностей подразумевает расчленение всего РЭС на условные изотермические участки. Например,условными изотермическими поверхностями в одноблочном аппарате с кожухом можно считать поверхность кожуха с определенной средней температурой и поверхность нагретой зоны внутри аппарата.При необходимости производят расчленение аппарата на изотермы внутри нагретой зоны (рис. 6.5). Под нагретой зоной понимают объем внутри аппарата, в котором расположены источники, создающие потоки к кожуху. Метод однородного тела подразумевает представление системы тел, включающей несколько неоднородных тел, в виде монолитного теплового тела с постоянными теплофизическими параметрами. Такой метод моделирования применим к РЭС, содержащим большое число одинаковых в конструктивном отношении функциональных узлов (модулей, микромодулей), повторяющихся

во всех трех измерениях. При этом считают, что как геометриче-

ские, так и теплофизические свойства системы периодически по-

вторяются, т.е. система обладает так называемым дальним порядком.

Наибольший обмен повторения в конструкции называют эле-

ментарной ячейкой.

В реальных конструкциях часто свойство дальнего порядка

может нарушаться, так как не все функциональные узлы имеют

одинаковые размеры, не всегда соблюдается периодичность ком-383

поновки. В этих случаях предлагается объединить несколько узлов

в группы, соответствующие некоторой эквивалентной элементар-

ной ячейке. Такие системы называются системами с ближним по-

рядком.

В обоих случаях преимущество дальнего метода моделиро-

вания обеспечивается. Определение эквивалентного коэффициента

тепло-проводности по трем направлениям нагретой зоны всей сис-

темы сводится к определению аналогичных величин для элемен-

тарной ячейки и распространению их на всю систему. Дальнейший

расчет проводится по формулам теплопроводности.