КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени А.Н. ТУПОЛЕВА

Кафедра конструирования и производства микроэлектронной аппаратуры

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА УСТРОЙСТВ

Методические указания к практическим занятиям

По дисциплине «Проектирование устройств»

направление: 080500 «Менеджмент»                                                        

специальность: 080502 «Экономика и управление на предприятии»         

(указывается их номер и наименование)

форма обучения: очная                                                                                  

(очная, очно-заочная, заочная)

Казань 2007 год

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

Глава 1. Основы расчета тепловых процессов в приборах. 4

1.1. Перенос тепла при естественной конвекции. 4

Теплоотдача плоской и цилиндрической поверхностей. 5

Теплоотдача в ограниченном пространстве. 6

1.2. Перенос тепла излучением. 7

1.3. Перенос тепла теплопроводностью. 9

1.4. Перенос тепла при принудительной конвекции. 11

Глава 2. Расчет теплового режима рэа. 13

2.1. Выбор системы охлаждения прибора. 13

2.2. Расчет средней температуры герметичного корпуса методом последовательных приближений. 15

Рекомендуемая литература: 17

Приложения 17

Введение

Современная радиоэлектронная аппаратура представляет собой сложную техническую систему, состоящею из большого числа компонентов. Внешние и внутренние воздействия, которые испытывает на себе РЭА во время эксплуатации, во многом определяют ее конструкцию. Тепловые процессы, как часть этих воздействий, в значительной степени влияют на нормальное функционирование аппаратуры. Микро миниатюризация устройств электроники привела к необходимости еще больше обращать внимание на тепловые режимы.

В данном пособии приведены основные формулы для определения параметров теплопередачи тепла в различных условиях. Также методы расчета теплового режима РЭА в герметичном и в перфорированном корпусах при естественной конвекции.

Целью пособия является изложение основных принципов переноса тепла в РЭА и ознакомление будущих конструкторов с наиболее часто используемыми алгоритмами при расчетах тепловых режимов.

Глава 1. Основы расчета тепловых процессов в приборах.

1.1. Перенос тепла при естественной конвекции.

Конвекция - это перенос тепла движущейся жидкостью, сопровождаемый перемешиванием ее объемов с различной температурой. Конвективный тепловой поток от поверхности к движущейся жидкости прямо пропорционален площади поверхности S и разности температур поверхности t и жидкости t_c (закон Ньютона):

P = _к (t -t_c) S, (1.1)

где _к - коэффициент теплоотдачи конвекцией.

Обобщая на основе теории подобия экспериментальный материал по теплообмену в условиях естественной конвекции, была предложена общая зависимость для коэффициента теплоотдачи тел с одним определяющим размером L(м):

Nu_m = C (Gr  Pr) (1.2)

где - число Нуссельта,

- число Грасгофа,

Pr - число Прандтля, определяется по таблице для средней температуры, g – ускорение свободного падения.

C и n - эмпирические коэффициенты, а индекс m указывает, что значения физических параметров (коэффициенты: теплопроводности , объемного расширения , кинематической вязкости ) газа или жидкости следует выбирать для средней арифметической температуры t_m, равной

t_m = 0,5 (t + t_c)

Значения C и n выбираются исходя из значения произведения чисел Грасгофа и Прандатля:

(Gr  Pr)m	C	n
<1  10-3	0,5	0
1  10-3 - 5  102	1,18	1/8
5  102 - 2  107	0,54	1/4
2  107 - 1  1013	0,135	1/3

Коэффициент объемного расширения для воздуха определяется по формуле

Конвекция в неограниченном пространстве и в ограниченных прослойках изменяется с давлением газа. Существует следующая связь между конвективным коэффициентом теплоотдачи при нормальном давлении и при другом давлении:

(1.3)

где с_p - теплоемкость газа при постоянном давлении; ₁ - степень сжимаемости газа;  - коэффициент вязкости. Параметры с индексом 0 берут при нормальном давлении.