 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Источники теплоты в РЭС. Понятие нагретой зоны
ТЕПЛОМАССООБМЕН В ЭС
Конспект лекций
Содержание
1.Источники теплоты в РЭС. Понятие нагретой зоны……………..………………….3
2. Тепло- и влагостойкость элементов РЭС. Нормальный тепловой и влажностный режим РЭС…………………………………………………………………………..………..5
3. Теплопроводность. Закон Фурье……………………………………………………..6
4. Уравнение теплопроводности (вывод)…………………………………………..…...7
5. Уравнение теплопроводности. Начальные и граничные условия……….…………9
6. Стационарное поле температур тела с источниками энергии………..……………..11
7. Термическое сопротивление и термический коэффициент (вывод)…………..……13
8. Термическое сопротивление стенок: плоская, цилиндрическая, сферическая, составная, оребренная…………………………………………………………..……………13
9. Нестационарная теплопроводность. Классификация процессов…………………...16
10. Регулярный режим охлаждения (нагрева). Теоремы Кондратьева………………..19
11. Конвективный теплообмен. Закон Ньютона – Рихмана…………………………..21
12. π – теорема. Метод подобия…………………………………………………………21
13. Свободная конвекция в неограниченном пространстве…………………………..23
14. Свободная конвекция в ограниченном пространстве……………………………..25
15. Вынужденная конвекция при внешнем обтекании тела…………………………...27
16. Вынужденная конвекция в трубах и каналах………………………………………31
17. Основные законы теплового излучения…………………………………………….34
18. Теплообмен излучением через прозрачную среду…………………………………36
19. Свойства угловых коэффициентов………………………………………………….39
20. Теплообмен излучением при наличии экранов…………………………………….40
21. Теплообмен при пониженном давлении……………………………………………41
22. Диффузионный и конвективный массоперенос……………………………………42
Литература………………………………………………………………………………..44
Источники теплоты в РЭС. Понятие нагретой зоны.
Источниками теплоты в РЭА являются различные электрические устройства и отдельные радиодетали. Потребляемая радиодеталями электрическая энергия преобразуется в них в электромагнитную, механическую, тепловую и другие виды энергии. Иными словами, часть потребляемой радиодеталями энергии превращается в полезные сигналы, остальная — в теплоту. Известно, что в блоках, собранных из крупных деталей (электронные лампы, трансформаторы и т. д.), только 5—10% потребляемой энергии превращается в энергию полезных сигналов; в полупроводниковых устройствах энергетическое соотношение немного лучше.
Одним из важнейших первичных факторов, влияющих на тепловой режим РЭА, являются изменение температуры окружающей среды и внешние тепловые потоки, например, солнечная радиация, к вторичным факторам относят давление внутри корпуса РЭА, наличие невесомости, влажность, запыленность. Так, при повышенной
влажности окружающего воздуха, используемого для охлаждения РЭА, часто приходится принимать специальные меры для уменьшения влажности или защиты от нее.
Нагретой зоной называется пространство занятое тепло рассеивающими элементами и упрощено представляется в виде некоторого прямоугольника параллелепипеда с равномерно распределенными источниками тепла. Количественная оценка теплового режима требует привлечения сложного математического аппарата и представляет собой достаточно трудоемкую и весьма непростую процедуру. Радиоэлектронные аппараты, состоящие из нескольких блоков, каждый из которых содержит шасси или платы с радиодеталями, существенно различающимися по форме, размерам, ориентации в пространстве, способу охлаждения и тепловой нагрузке, могут рассматриваться состоящими из нескольких нагретых зон. Деление радиоэлектронных аппаратов на одно зонные и многозонные при исследовании их тепловых режимов определяется необходимостью учитывать тепловое влияние отдельных нагретых зон друг на друга. Простейшим примером РЭА, содержащих одну нагретую зону, могут служить бытовые радиоприемники или телевизоры, в которых большинство элементов установлено на одном шасси. Характер процессов теплообмена в радиоэлектронных аппаратах в сильной степени зависит от устройства нагретой зоны аппарата.
В первом приближении за нагретую зону можно принять параллелепипед, площадь основания которого совпадает с площадью платы, а высота равна средней высоте смонтированных на плате деталей. Модель может состоять из нескольких нагретых зон. Второй составной частью рассматриваемой модели является кожух. Под кожухом обычно понимают корпус аппарата. Ограничивающие нагретые зоны и кожух поверхности принимаются изотермическими.
Рис. 1.1. Тепловая модель аппарата с одной нагретой зоной
После определения размеров нагретой зоны (зон) и кожуха расчет температурного поля аппарата проводят в несколько этапов.
На первом этапе в случае нагретой зоны находят типовые характеристики кожуха и нагретой зоны:
tk-tc=RксQ1=RксРа;
tнз-tк=RзкQ1=RзкРа,
где tк – средняя температура поверхности кожуха;
tнз – средняя температура нагретой зоны;
Rкс – тепловое сопротивление участка кожух-среда;
Rзк – тепловое сопротивление участка нагретая зона-кожух;
Q»Pa – тепловой поток рассеиваемой аппаратом мощности.
В первом приближении температуру внутри нагретой зоны принимают равной температуре на поверхности зоны.
По известным значениям tк и tнз можно ориентировочно выбрать габариты аппарата, систему охлаждения, вид внутренних и внешних покрытий кожуха, наметить целесообразное с точки зрения теплового режима расположение плат и крупных узлов внутри аппарата.
На втором этапе находят температуру поверхностей элементов, расположенных внутри нагретой зоны. При вычислении тепловых коэффициентов за температуру окружающей среды принимают температуру нагретой зоны. Результаты расчета позволяют сделать вывод о рациональности расположения элементов внутри нагретой зоны, способе их крепления, необходимости местного охлаждения и т.д.
На третьем этапе определяют температуры характерных областей, точек внутри элементов. Сопоставляя полученные значения температур с заданными, можно определить надежность работы элементов и изделия в целом.
Всевозможные нагретые зоны аппаратов можно условно разделить на три группы.
К первой группе относятся такие нагретые зоны, в которых сравнительно крупные элементы (электронные лампы, трансформаторы, конденсаторы и т.д.) крепятся на металлическом шасси.
Ко второй группе относятся нагретые зоны, в которых миниатюрные элементы, микросхемы и узлы крепятся к платам (кассетам) из электроизоляционного материала. Количество плат в таких нагретых зонах может быть достаточно большим.
К третьей группе относятся такие нагретые зоны, в которых отсутствуют ясно выраженные платы или шасси, и элементы расположены в объеме корпуса хаотично.
Если нагретая зона радиоэлектронного аппарата содержит шасси или платы, то условия теплообмена внутри аппарата существенно зависят от их ориентации.
Характер процессов теплообмена в нагретых зонах в сильной степени зависит от плотности компоновки элементов. При достаточно плотной компоновке конвекция в зазорах нагретой зоны развиться не может. В этом случае основными механизмами теплообмена внутри нагретой зоны становятся кондукция и излучение.
Наличие у различных радиоэлектронных аппаратов общих конструктивных признаков и протекание в них одинаковых процессов теплообмена позволяет объединить такие аппараты в классы. При этом учитываются следующие особенности: 1) количество и конструктивные особенности нагретых зон; 2) способ охлаждения нагретых зон; 3) способ охлаждения корпуса аппарата.
К одному классу, например, относятся любые радиоэлектронные аппараты, в которых нагретая зона состоит из совокупности компактно расположенных плат с элементами, а корпус герметичен. К другому классу относятся аппараты с общей принудительной вентиляцией, нагретая зона которых состоит из шасси н смонтированных на нем элементов. Заметим, что при определении класса не учитывается функциональное назначение радиоэлектронных аппаратов, т. е. блоки питания, аппаратура связи и другие устройства, обладающие общими конструктивными признаками и одинаковыми процессами переноса тепла, относятся к одному классу аппаратов.
Поиск по сайту: