1 Обеспечение тепловых режимов

ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

Задача 1.1

Вычислить среднеповерхностные температуры нагретой зоны и корпуса электронного средства (ЭС) с перфорированным корпусом и горизонтальным перфорированным шасси.

Геометрические параметры и режимы работы электронного средства: среднее расстояние между отверстиями (см. Рис.1.1) для подвода и отвода воздуха h = 0,206 м; суммарные площади отверстий в корпусе и шасси электронного средства: F_вх = F_вых = 1,6*10^-2 м²; F_ш = 1,75*10^-2 м² ; площади поверхностей корпуса, нагретой зоны и излучающей ее поверхности: S_к = 0,695 м² ; S _з.в. = 0, 247 м² ; S _з.л. = 0, 231 м² ; площадь поперечного сечения порожнего корпуса электронного средства: F_эс = 0,122 м² . Коэффициент заполнения электронного средства k_з = 0,1 . Мощность источников тепла, действующих в электронном средстве P = 95 Вт. Теплообмен осуществляется в неограниченной воздушной среде. Температура среды t_c = 20,0 ⁰С, давление нормальное, теплообмен внешней поверхности корпуса со средой происходит в условиях естественной конвекции.

Решение

Определим тепловую проводимость W (На Рис.1.1 приведено схематичное изображение ЭС).

Рисунок 1.1 – Схематичное изображение ЭС

(1 – отверстия для отвода воздуха; 2 – корпус электронного средства; 3 –печатные платы с микросхемами и ЭРЭ; 4 – шасси электронного средства; 5,6 – входные отверстия для воздуха)

Для этого вычислим критерий Грасгофа G_r, входящий в равенство 1,85h = RG²_r , где

Тогда тепловая проводимость W определяется из формулы:

(1)

Определим суммарные площади отверстий в корпусе и шасси электронного средства F²_вх и F² _ш :

F²_вх = (1,610^-2)² = 2,5610^-4 м² ;

F²_ш = (1,7510^-2)² = 3,0610^-4 м² .

Площадь поперечного сечения порожнего корпуса

F = F_эс  (1- k_з) = 0,122(1- 0,1) = 0,11 м² ,

тогда

Подставляя в (1) данные, получим

По формулам (2) найдем тепловые коэффициенты:

(2)

Подставив в (2) данные, получим: F_з.с = 0,32 град/Вт, F_к.с = 0,053 град/Вт. Вычислим средние поверхностные перегревы нагретой зоны _з = F_з.с P и корпуса ЭС _к = F_к.с P :

_з = F_з.с P = 0,3295 = 30,4 град;

_к = F_к.с P = 0,05395 = 5,0 град.

Определим средние поверхностные температуры нагретой зоны t_з и корпуса t_к:

t_з = t_с + _з = 20,0 + 30,4 = 50,4 ⁰C

t_к = t_с + _к = 20,0 + 5,0 = 25,0 ⁰C

Ответ: t_з = 50,4 ⁰C и t_к = 25,0 ⁰C

Варианты заданий для самостоятельного решения

Условие задачи: Вычислить среднеповерхностные температуры нагретой зоны и корпуса электронного средства (ЭС) с перфорированным корпусом и горизонтальным перфорированным шасси.

Геометрические параметры и режимы работы электронного средства: среднее расстояние между отверстиями для подвода и отвода воздуха h; суммарные площади отверстий в корпусе и шасси электронного средства: F_вх = F_вых = 1,6*10^-2 м^-2; F_ш = 1,75*10^-2 м²; площади поверхностей корпуса, нагретой зоны и излучающей ее поверхности: S_к; S_з.в.; S_з.л.; площадь поперечного сечения порожнего корпуса электронного средства: F_эс . Коэффициент заполнения электронного средства k_з . Мощность источников тепла, действующих в электронном средстве P. Теплообмен осуществляется в неограниченной воздушной среде. Температура среды t_c , давление нормальное, теплообмен внешней поверхности корпуса со средой происходит в условиях естественной конвекции.

Примечание. Для расчетов использовать значения, приведенные в Таблице 1.1, согласно номера выданного варианта.

Таблица 1.1

Номер вариан-та	Геометрические параметры ЭС				kз	Fэс, м2	Р, Вт.	tc , 0C
	h, м	Sк, м	Sз.в., м	Sз.л., м
1	0,200	0,700	0,247	0,231	0,18	0,125	100	20,0
2	0,180	0,695	0,250	0,230	0,15	0,122	98	18,0
3	0,150	0,680	0,248	0,229	0,10	0,123	95	22,0
4	0,180	0,685	0,246	0,228	0,12	0,124	96	25,0
5	0,180	0,690	0,249	0,227	0,14	0,121	97	21,0
6	0,165	0,705	0,250	0,232	0,17	0,130	105	20,0
7	0,150	0,692	0,245	0,226	0,15	0,125	97	18,0
8	0,200	0,687	0,248	0,231	0,12	0,122	96	22,0
9	0,180	0,696	0,247	0,230	0,13	0,123	95	25,0
10	0,150	0,698	0,245	0,229	0,14	0,124	99	23,0
11	0,155	0,688	0,247	0,228	0,12	0,121	98	20,0
12	0,200	0,685	0,250	0,227	0,15	0,125	96	18,0
13	0,165	0,695	0,248	0,232	0,14	0,122	97	22,0
14	0,200	0,680	0,246	0,226	0,10	0,123	105	25,0
15	0,180	0,685	0,249	0,232	0,12	0,124	97	21,0
16	0,200	0,690	0,250	0,226	0,14	0,121	96	20,0
17	0,200	0,705	0,245	0,231	0,18	0,125	106	18,0
18	0,150	0,692	0,248	0,230	0,13	0,123	98	22,0
19	0,180	0,687	0,247	0,229	0,14	0,124	96	25,0
20	0,150	0,696	0,244	0,228	0,11	0,121	98	21,0

Задача 1.2

Определить температуру (см. Рис.1.2) корпуса электронного средства (ЭС), имеющего следующие размеры: длина L₁ = 0,176 м, ширина L₂ =0,095 м и высота h = 0,072 м. Корпус окрашен эмалевой краской (степень черноты ε = 0,9). Давление H среды, окружающее электронное средство, нормальное (H = 760 мм рт. ст.). Температура среды t_c = 20,0 ⁰C. Мощность источника тепла, действующих в электронном средстве Р = 16 Вт.

Решение

Рисунок 1.2 – Схематичное изображение ЭС

Определим площадь S_K наружной поверхности корпуса ЭС (Рис.1.2):

S_K= 2× [L₁× L₂ + (L₁ + L₂) × h] = 2× [0,176 × 0,095 +

+ (0,176 + 0,095) × 0,072] = 0,0724 м²

Удельный тепловой поток с наружной поверхности корпуса:

q_уд.к. = P/S_K = 16/0,0724 = 221Вт/м²

Так как давление среды H =760 мм рт. ст. больше 300 мм рт. ст., то при определении перегрева υ_pк и коэффициентов k_S , k _t , k_ε и k_H необходимо воспользоваться графиками (Рис. 1.3 – Рис.1.6) и формулой

k _t =1,09 − 0,45 ×10⁻² t_c ,

при этом

υ_pк = υ_pк (221) = 21,9 град;

k _s = k _s (0,0724 ) = 0,93;

k_t = k_t (20) = 1,0;

k_ε = k_ε (0,9) = 1,0;

k_H = k_H (760) = 1,0.

Графики (Рисунок 1.3 - Рисунок 1.6) для расчета среднего перегрева υ_K корпуса аппарата (300 ≤ Н≤ 1500 мм.рт.ст.)

Рисунок 1.3 – График для определения коэффициента k_s

Рисунок 1.4 – График для определения коэффициента k_

Рисунок 1.5 – График для определения коэффициента k_н

Рисунок 1.6 – График для определения коэффициента υ_pк

Определим перегрев υ_K корпуса электронного средства:

υ_K = υ_pк× k _s × k_t × k_ε × k_H =

= 21,9× 0,93×1,0×1,0×1,0 = 20,4 град.

Таким образом температура корпуса t_K :

t_K = υ_K + t_C = 20,4 + 20,0 = 40,4 ⁰C .

Ответ: t_K = 40,4 ⁰C .