- •2.2. Предварительная оценка тепловой нагрузки рэа.
- •2.4. Расчёт охлаждения при естественной конвекции внутри герметичного кожуха.
- •2.4.1. Тепловая характеристика.
- •2.4.2. Определение тепловых проводимостей кожуха, прослойки между кожухом и нагретой зоной.
- •3. Практическая часть.
- •3.1. Задание
- •3.2. Введение
- •Исходные данные
- •3.4. Последовательность расчета
2.4. Расчёт охлаждения при естественной конвекции внутри герметичного кожуха.
2.4.1. Тепловая характеристика.
Естественное воздушное охлаждение РЭА – самый простой способ отвода тепла в окружающее пространство, осуществляемый за счёт естественной конвекции и лучеиспускания. Естественное воздушное охлаждение в герметичных блоках позволяет отводить тепло при плотностях теплового потока до 0,05 Вт/см2, при этом перегрев внутри блока не превышает 300С. Такой перегрев допустим для аппаратуры, работающей в условиях, близких к нормальным.
Расчёт
охлаждения при естественной конвекции
сводится к определению тепловой
характеристики кожуха и нагретой
зоны РЭА. Тепловой характеристикой
зоны (кожуха) называется функциональная
зависимость перегрева её от мощности
тепловыделения. В большинстве РЭА
выходная мощность составляет
незначительную часть потребляемой,
поэтому можно считать, что мощность
тепловых потерь равна потребляемой
от сети мощности. Связь между мощностью
Р, потребляемой изделием, и средним
перегревом поверхности
выражается равенством
Р
=

где
= tк
– tс,
0С;
tк
– температура кожуха, 0С;
tс
– температура окружающей среды, 0С;
- тепловая проводимость участка от
кожуха в среду, Вт/К.
Кожух РЭА изготовляется из листового алюминиевого сплава либо из листовой стали. Эти материалы обладают достаточно большой теплопроводностью; кроме того, тепловая энергия, передаваемая от нагретой зоны кожуху, приблизительно распределена по всей поверхности, поэтому с достаточным основанием кожух можно считать изотермической поверхностью.
2.4.2. Определение тепловых проводимостей кожуха, прослойки между кожухом и нагретой зоной.
Тепловая проводимость кожуха определяется как сумма тепловой проводимости верхней и нижней поверхностей и боковых стенок:
=
+
+

или
=
SВ
+
SH
+
SБ
(7)
где
,
,
- полные коэффициенты теплоотдачи
верхней, нижней и боковой поверхностей,
Вт/(м2К);
SВ,
SH,
SБ
– площади верхней, нижней и боковой
наружных поверхностей, м2.
Полный
коэффициент теплоотдачи i-й
поверхности равен сумме конвективного
коэффициента
и коэффициента лучеиспускания
:
=
+
(8)
В общем виде коэффициент лучеиспускания:
=
(9)
где
- приведённая степень черноты i-й
наружной поверхности кожуха; если
блок находится в неограниченном
пространстве, то
=
(степень черноты соответствующей
стенки);
- коэффициент взаимности облучённости
i-й
поверхности кожуха и j-го
тела. Если вблизи нет никаких тел,
то коэффициент взаимной облученности
равен 1. Функция температуры для
одиночного блока [в Вт/(м2К)]:
,
(10)
где
—
температура кожуха, °С;
—
температура окружающей среды, °С.
Значения функции температуры приведены в табл. 2.
При
известной температуре кожуха и известных
геометрических размерах блока
коэффициент
однозначно определяется формулами
(11), (12), (13) в табл. 1.
Определяющим размером для вертикальной поверхности является высота, для горизонтальной — наименьшая сторона.
В большинстве радиоэлектронных устройств отвод тепла подчиняется закону степени 1/3 или 1/4. Для нахождения закона теплообмена можно воспользоваться неравенством:
,
где
и
— допустимая температура кожуха и
среды; L
— определяющий
размер, мм.
Таблица 2
Значения
функции температуры f
(
,
)
|
0С |
Значения
f
( |
|||||||||
|
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
60 |
|
|
15 |
5,32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
5,45 |
5,59 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
5,59 |
5,76 |
5,90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
5,76 |
5,90 |
6,05 |
6,20 |
|
|
|
|
|
|
|
35 |
5,90 |
6,05 |
6,20 |
6,35 |
6,51 |
|
|
|
|
|
|
40 |
6,06 |
6,20 |
6,35 |
6,51 |
6,60 |
6,82 |
|
|
|
|
|
45 |
6,20 |
6,35 |
6,51 |
6,60 |
6,83 |
7,00 |
7,14 |
|
|
|
|
50 |
6,35 |
6,51 |
6,60 |
6,83 |
7,00 |
7,17 |
7,35 |
7,50 |
|
|
|
60 |
6,70 |
6,87 |
7,04 |
7,19 |
7,35 |
7,51 |
7,69 |
7,87 |
8,05 |
|
|
70 |
7,06 |
7,21 |
7,39 |
7,55 |
7,72 |
7,86 |
8,05 |
8,24 |
8,42 |
8,80 |
|
80 |
7,44 |
7,59 |
7,75 |
7,80 |
8,07 |
8,26 |
8,45 |
8,65 |
8,83 |
9,20 |
|
90 |
7,82 |
7,98 |
8,13 |
8,31 |
8,49 |
8,67 |
8,86 |
9,04 |
9,25 |
9,65 |
|
100 |
8,19 |
8,37 |
8,53 |
8,72 |
8,91 |
9,09 |
9,28 |
9,46 |
9,66 |
10,08 |

,
,
)
при различных
,
0С