Предварительная оценка тепловой нагрузки РЭА

Для ориентировочной оценки естественного воздушного охлаждения предположим, что РЭА должна быть выполнена в виде стойки с блоками, в которых шасси расположены горизонтально либо вертикально. Предварительная оценка производится по диаграмме, представленной на рис. 1. По оси абсцисс отложена мощность, приходящаяся на единицу поверхности, а по оси ординат – допустимый перегрев внутри блока = t _доп. – t _c, где t _доп. – допустимая температура нагретых зон внутри блоков, ⁰С; t _c – температура окружающей среды, ⁰С.

Если мощность, рассеиваемая в блоках, одинакова (различие не более 15%), то удельная мощность вычисляется как

Р_уд. = ,

где - суммарная мощность источников тепла внутри стойки, Вт; L₁,L₂,L₃, - габаритные размеры стойки, м.

Рис. 1. Диаграмма для приближённой оценки теплового режима РЭА при воздушном охлаждении.

Если мощность распределена между блоками с неравномерностью, превышающей 15%, то удельная мощность определяется выражением

Р_уд. = ,

где Р_{i max} – тепловая мощность наиболее нагруженного блока, Вт; H_i – высота этого блока, м.

Для сообщающихся блоков с вертикальным шасси при расчёте Р_уд следует к мощности каждой нагретой зоны P_i прибавлять 10% суммарной мощности всех зон, расположенных ниже данной.

Для заданных Р_уд и на диаграмме (рис. 1) находят соответствующую точку. При этом возможны три случая.

1. Найденная точка лежит выше линии а (шасси вертикальное) или линии а ’ (шасси горизонтальное). В этом случае возможна пылезащитная или герметичная конструкция стойки (или блока, если расчёт ведётся относительно блока).

2. Точка на диаграмме попадает в область, лежащую между кривыми а, б (горизонтальное шасси) или между кривыми а ’, б ’ (вертикальное шасси). В этом случае возможно использование перфорированных кожухов (корпусов) и расчёт теплового состояния следует производить по методике.

3. Точка оказывается ниже линии б (горизонтальное шасси) или ниже линии б ’ (вертикальное шасси); при этом требуется принудительное охлаждение.

Рис. 2. Зависимость отводимой мощность от площади перфорации.

Перфорация (жалюзи) обеспечивает протекание воздуха внутри блока. Дополнительная часть мощности будет уноситься протекающим воздухом за счёт естественной конвекции. Количество протекающего воздуха будет зависеть от площади перфорации и разницы между плотностью воздуха на входе и выходе блока. Однако увеличение мощности, отводимой в протекающий воздух при увеличении площади перфорационных отверстий, будет наблюдаться только до определённых пределов. Увеличение площади отверстий приводит к уменьшению площади кожуха и, следовательно, к уменьшению мощности лучеиспускания. Уменьшение поверхности контактирования с окружающим воздухом в конечном итоге может привести к снижению мощности, отводимой протекающим воздухом.

Как показывает практика, оптимальное соотношение между площадью отверстий и поверхностью кожуха лежит в пределах 20 – 30%. На рис. 2 приведена зависимость мощности, передаваемой в протекающий воздух, от площади перфорации. Для приближённых оценок можно принять, что при введении вентиляционных отверстий и рациональном их размещении в кожухе перегревы внутри блока снижаются на 20%.

Отверстия (перфорацию) и жалюзи для принудительной вентиляции располагают в нижних, верхних и боковых частях кожуха, стойки или шкафа. Принудительная воздушная вентиляция может отводить до 60 – 80% тепла. Поэтому важно обеспечить необходимое число вентиляционных отверстий и их правильное расположение.

Скорость движения воздуха в блоке определяется разностью температуры и аэродинамическим сопротивлением, зависящим от заполнения объема элементами конструкции, формы элементов и взаимного расположения.

Увеличение площади перфорации до 30% существенно влияет на отвод тепла. Заметное влияние на отвод тепла оказывает коэффициент заполнения объёма, увеличение которого в 1,5 раза ухудшает теплообмен на 10%. Коэффициент перфорации k_пер. = должен быть около 20 – 25%.

Расположение отверстий зависит от распределения теплонагруженных элементов в объёме. Когда это распределение равномерное, то вентиляционные отверстия должны быть тоже равномерно расположены на боковых и нижней частях кожуха. Форма отверстий может быть различной, но при квадратных отверстиях увеличивается отношение между площадью отверстий и площадью перемычек, что благоприятно сказывается на эффективности охлаждения. Для небольших блоков с общей площадью поверхности до 3000 см² диаметр вентиляционных отверстий выбирают около 6 мм, а блоков с площадью поверхности 6000 см² и более – 12 мм. Отверстия располагают в шахматном порядке.

Когда толщина стенок кожуха не обеспечивает необходимой жёсткости, вместо отверстий применяют жалюзи. Размеры и форма жалюзи унифицированы. Если отверстия уменьшают жёсткость кожуха, то жалюзи увеличивают её. Использование жалюзи ухудшают теплообмен примерно на 10% по сравнению с отверстиями.

В верхней части кожуха вместо перфорации или жалюзи часто делают окно, занимающее до 70% всей площади этой части кожуха. Окно закрывают крышкой, приподнятой над кожухом на 10 мм.

Конструкция, в которой используется принудительная воздушная вентиляция, должна отвечать следующим требованиям:

1. обладать малым аэродинамическим сопротивлением протекающему воздуху;

2. обеспечивать хороший доступ воздуха к теплонагруженным элементам;

3. предотвращать попадание нагретого воздуха на теплочувствительные элементы;

4. защищать внутренний объём от пыли;

5. обеспечивать резервирование принудительного воздушного потока;

6. осуществлять автоматическое отключение блока при выходе из строя системы принудительной вентиляции.

Поиск по сайту: