Теплоотвод кондукцией
При
расчете кондуктивного теплообмена
(теплопроводности) часто пользуются
методом электротепловой аналогии, т.к.
процессы передачи тепла и тока физически
аналогичны. Тепловой поток (Pт)
принимается за аналог тока (I),
разность температур (Δt)
между охлаждаемым элементом и окружающей
средой аналогична разности потенциалов
ΔU
между соответствующими точками, а
тепловое сопротивление (
)
– сопротивлению электрической цепи
(R).
В этом случае выражение (3.2) представляют
в виде Pт
=
·
S
· Δt
(где
-
тепловая проводимость, Вт/(м2
· 0C)).
Выражая
=
am
/
l
и
Rm
= l / am
·S,
-
Pт =
(аналогия – I
=
),
Коэффициенты теплопроводности некоторых материалов
Таблица 3.1
Материал |
am, Вт/(м · 0C) |
Материал |
am, Вт/(м · 0C) |
Воздух |
0,023 |
Кремний |
83...105 |
Стеклотекстолит |
0, 34 |
Сталь |
45...92 |
Фарфор |
0,83 |
Алюминиевые |
|
Керамика 22ХС |
20...30 |
сплавы |
160...180 |
Поликор |
25...42 |
Золото |
293...297 |
Бериллиевая керамика |
60...200 |
Медь |
259...400 |
Серебро |
416...425 |
В результате тепловой расчет сводится к расчету электрической цепи по законам Кирхгофа. В качестве примера рассмотрим пластину с тепловыделяющими элементами, которые создают тепловые потоки
Pт1, Pт2, Pт3 и Pт4 (рис. 3.8). Тепловая (электрическая) модель пластины приведена на рис. 3.9. Для перехода от тепловой модели к электрической заменяем: показатели температуры (T1, T2,T3, T4) электрическими потенциалами (U1, U2, U3, U4), тепловые сопротивления (Rm1, Rm2, Rm3, Rm4, Rm5, Rm6) – омическими (R1, R2, R3, R4, R5, R6), а тепловые потоки (Pт1, Pт2, Pт3, Pт4) – токами (I1, I2, I3, I4). Температуру окружающей среды (и соответствующий потенциал) обозначим Tос (и Uос ). Далее для каждого из узлов составляется система уравнений Кирхгофа, из решения которых находятся неизвестные величины.
|
|
Рис. 3.8. Пластина с тепловыделяющими элементами |
Рис .3.9. Тепловая (электрическая) модель
|
Примеры теплоотвода кондукцией показаны на рис. 3.10.
-
а
б
Рис. 3.10. Охлаждение ИС с использованием теплоотводящих шин:
а – ячейка с шинами-теплостоками и торцевой накладкой; б – ячейка со сплошным теплоотводом и периферийным радиатором; 1 – элементы теплоотвода; 2 – ИС; 3 – ПП;
4 – окна в теплоотводящей шине; 5 - разъем