4.2.2. Методические указания к выполнению курсовой работы

Расчетная часть задания 1

В процессе выполнения работы необходимо выполнить расчеты тепло-вого режима и составить заключение о целесообразности использования пред-ложенной конструкции в заданных условиях эксплуатации. В случае невоз-можности использования данной конструкции следует рассмотреть конструк-тивные способы обеспечения нормального теплового режима и подтвердить это решение соответствующими расчетами. Примечание. С целью избежать перегрузку в оцифровке разделов, подразделов, пунктов и подпунктов методи-ческих указаний в дальнейшем первые две цифры, соответствующие этому подразделу УМК, а именно 4.2, проставляться не будут до с. 159.

2.1. Выбор способа охлаждения (ОСТ 4 ГО.070.003)

2.1.1. Исходные данные:

- мощность, рассеиваемая блоком Q, Вт;

- допустимая температура нагретой зоны t_доп, , под ней понимается предельно допустимая температура наименее теплостойкого элемента;

- диапазон изменения температуры окружающей среды t_ocmin… t_ocmax, .

2.1.2. Определяется расчетная поверхность нагретой зоны, м²,

где L₁ и L₂ – горизонтальные размеры кожуха РЭС, м; L₃ – высота кожуха, м; к_з – коэффициент заполнения РЭС.

2.1.3. Определяется величина удельной мощности нагретой зоны, Вт/м²,

2.1.4. Определяется минимальная величина допустимого перегрева нагретой зоны, ,

при этом для принудительного воздушного охлаждения за t_ocmax принимается температура воздуха на входе в блок.

2.1.5. Используя найденные значения q и t_доп, по графику (рис. 4) выбирается способ охлаждения.

В случае соответствия q и t_доп нескольким способам охлаждения выби-рается один из них с использованием технических характеристик систем ох-лаждения, способ определения которых приведен далее.

2.2. Естественное воздушное охлаждение при нормальном атмосферном давлении

По значениям q и t_доп находится значение Р (вероятность обеспечения нормального теплового режима РЭС):

- для блоков с герметичным кожухом и внутренним перемешиванием воздуха с массовой скоростью  = 0…3 кг/(м²с) используется рис. 5 (рис. Б.4 [7] ,с. 230 или рис. 6 [2], с. 33);

- для блоков с перфорированным кожухом – рис. 6 (рис. Б.5 [7], с. 230 или рис. 7 [2], с. 34), причем на рис. 6 и 7 t_доп обозначено как t_с.

Выбор осуществляется в зависимости от области значений Р. Прак-тически рекомендуется использовать условия охлаждения, соответствующие области Р > 0,3. При этом тепловой режим РЭС называется нормальным, если температура его элементов равна или ниже допустимой по ТУ на эти элементы.

2.3. Естественное воздушное охлаждение при атмосферном давлении, отличном от нормального

2.3.1. Используются значения атмосферного давления H1 вне корпуса РЭС, мм рт. ст., и атмосферного давления H2 внутри корпуса, мм рт. ст.

2.3.2. Определяется способ охлаждения по подразделу 2.2.

2.3.3. Соответственно значениям H1 и H2 определяются значения поправочного коэффициента  при помощи табл. 3…6.

2.3.4. Определяется эквивалентное значение удельной мощности нагретой зоны: .

2.3.5. Осуществляется окончательный выбор способа охлаждения при помощи рис. 4 согласно п. 2.1.5, руководствуясь подразделом 2.2.

2.3.6. Определение мощности вентилятора при внутреннем переме-шивании воздуха осуществляется по п. 2.4.3, а массового расхода воздуха – по п. 2.4.4.

а)

б)

Рис. 5. Вероятностные кривые для РЭС в герметичном корпусе: а) при свободном воздушном охлаждении и внутреннем перемешивании; б) при сво-бодном воздушном охлаждении с наружным обдувом

Рис. 6. Вероятностные кривые для РЭС в перфорированном корпусе при свободной воздушной вентиляции

2.4. Принудительное воздушное охлаждение

2.4.1. Определение массового расхода воздуха.

2.4.1.1. При помощи рис. 7 (рис. Б.6 [7], с. 231 или рис. 8 [2], с. 34 по значениям qиDt_доп (Dt_доп = Dt_c ), найденным в пп. 2.1.3. и 2.1.4, определяется величина удельного массового расхода воздухаG/Qс размерностью кг/(скВт), (на рис. 8G/Qобозначается черезG/Pс размерностью кг/(чкВт)). Рекомен-дуемая вероятностная оценка:

- для стационарной РЭС Р > 0,5;

- для передвижной РЭС 0,5  P <0,7;

- для бортовой РЭС 0,3  Р <0,5.

2.4.1.2. Определяется величина массового расхода воздуха, кг/с,

где Q имеет размерность [Вт].

Рис. 7. Вероятностные кривые для РЭС с принудительным продувом воздуха

2.4.2. Определение аэродинамического сопротивления блока Н, Н/м². ВеличинаНопределяется с помощью рис. 8. Рекомендуемая вероят-ностная оценка 0,4 Р <0,7.

2.4.3. Определение мощности, потребляемой системой охлаждения.

2.4.3.1. При помощи рис. 9 определяется величина удельной мощности, потребляемой системой охлаждения. Рекомендуемая вероятностная оценка в зависимости от типа РЭС – согласно п. 2.4.1.1.

2.4.3.2. Определяется мощность, потребляемая системой охлаждения, Вт,

2.4.4. Определение GиНдля вентиляторапри естественном воз-душном охлаждении производится следующим образом: величинаGопределяется с учетом подраздела 2.2, а величинаН– п. 2.4.2.

Величину Nдля вентилятора определяют по рис. 10, используя соотношение

,

Рис. 8. Зависимость HотР для РЭС

Рис. 9. Зависимость N/QотPдля системы охлаждения

Рис. 10. Зависимость ln N = f ( ln WH )для вентилятора

где n – число вентиляторов;_в– плотность воздуха, кг/м³, приt_ocmax;W– производительность вентилятора, м³/с.

Воздушное охлаждение блоков с внутренним перемешиванием воздуха и с наружным обдувом, обладающие признаками как естественного, так и прину-дительного охлаждения, по ОСТ 4 ГО.070.003 условно относят к естест-венному воздушному охлаждению.

2.5. Определение температуры нагретой зоны t_з

Для выбранного в подразделе 2.1 способа охлаждения следует опре-делить t_зпо ОСТ 4 ГО.012.032, используя коэффициентный метод и прог-раммы «ТЕПЛО»,DOS«TEPLO» (принудительное воздушное охлаждение) и «TEPLО1» (естественное воздушное охлаждение), на ПЭВМ.

Таблица 3

Герметизированный блок без наддува

=	500	400	300	200	100	80	60	40	20	5
	1,083	1,120	1,187	1,256	1,350	1,381	1,406	1,437	1,471	1,510

Таблица 4

Герметизированный блок с наддувом

Н2	Н1
	500	400	300	200	100	80	60	40	20	5
	
560	1,06	1,10	1,13	1,17	1,25	1,28	1,31	1,33	1,35	1,38
460	-	1,11	1,15	1,19	1,26	1,29	1,31	1,34	1,36	1,39
200	-	-	-	1,26	1,32	1,35	1,36	1,39	1,41	1,43
100	-	-	-	-	1,35	1,38	1,40	1,42	1,45	1,46

Таблица 5

Перфорированный блок

Н1=Н2	500	400	300	200	100	80	60	40	20	5
	1,07	1,19	1,28	1,36	1,60	1,67	1,76	1,87	2,02	2,17

Таблица 6

Герметичный блок с внутренним перемешиванием


	500	400	300	200	100	80	60	40	20	5
	
1	1,05	1,09	1,13	1,22	1,35	1,41	1,47	1,53	1,61	1,73
2	1,07	1,10	1,16	1,25	1,40	1,48	1,54	1,62	1,70	1,83
3	1,08	1,12	1,18	1,30	1,46	1,55	1,64	1,72	1,85	2,02
4	1,09	1,14	1,21	1,34	1,55	1,65	1,74	1,84	1,96	2,16

На что следует обратить внимание:

- программы DOSзанимают существенно меньше места и могут быть использованы практически на любом компьютере с созданием финальных фай-лов, содержащих расчеты, объемом 100…200 Кб, что позволяет в качестве уст-ройств записи использовать дискеты;

- программы DOSнаписаны так, что в них можно изменять любые дан-ные, в том числе получаемые из графиков; это существенно расширяет их при-менимость для практических задач;

- программа «ТЕПЛО» позволяет осуществлять компоновку как «стан-дартных» блоков для курсовой работы, так и для любых других разъемных конструкций блоков;

- для курсовой работы программа «Тепло» является основной.

Примечание. С программами теплового расчета необходимо подробно ознакомиться в дисплейном классе СЗТУ на практических занятиях. В прило-жении к УМК приведено справочное руководство пользователя программой «ТЕПЛО».

Порядок расчета по ОСТ следующий:

2.5.1. Расчет ведется вначале для РЭС с естественным воздушным охлаждением (вне зависимости от выбранного способа охлаждения).

2.5.1.1. Удельная мощность корпуса

.

2.5.1.2. Перегрев корпуса РЭС

где _ко – перегрев корпуса РЭС при давлении окружающей среды 0,1 МПа,

_ко=0,1472q_к – 0,296210^-3q_к² +0,312710^-6q_к³при 0< q_к  600 Вт/м²;

к_КП - коэффициент, учитывающий перфорацию корпуса,

к_н1– коэффициент, учитывающий давление окружающей среды,

2.5.1.3. Удельная мощность нагретой зоны

где L_кх = Н,L_ку = L₂,l_xиl_у – размеры ПП, причемl_x =160 мм, аl_y=280 мм;l_z– расстояние между крайними ячейками в РЭС (см. рис. 1).

2.5.1.4. Среднеобъемный перегрев нагретой зоны РЭС

где _зо– среднеобъемный перегрев нагретой зоны при давлении воздуха внутри РЭС 0,1 МПа и отсутствии внутреннего перемешивания воздуха,

_зо0,139q₃ - 0,122310^-3q₃²+0,069810^-6q₃³ при 0< q₃ 800 Вт/м²;К_w– коэффициент, учитывающий внутреннее перемешивание воздуха и опре-деляемый в зависимости от кратности обмена воздуха в блоке,

при

G_в– производительность вентилятора (G_в = G);L_кх = L₁;V – объем блока;

таким образом, при необходимости можно оценить максимально допустимую производительность вентилятора (для данного алгоритма расчета) как

–коэффициент, учитывающий давление воздуха внутри РЭС,

2.5.1.5. Среднеобъемный перегрев воздуха внутри РЭС

2.5.1.6. Искомые температуры t_к,t_з,t_в.

2.6. Определение количества и типов элементов, температура поверхности которых подлежит расчету (ОСТ 4 ГО.012.004)

2.6.1. Выбор элементов, температура поверхности которых подлежит расчету, производится при помощи графиков: рис. 11 в случае естественного воздушного охлаждения и рис. 12 в случае принудительного воздушного охлаждения.

2.6.2. Задаются значением вероятности Ртого, что температура поверх-ности любого элемента, не подлежащая расчету, не превысит предельно допус-тимого значения. Значения вероятностиРпринимаются равными 0,99.

2.6.3. В зависимости от способа охлаждения используются рис. 11 и 12 по значениям _з(см. п. 4.2.2.5.4.1) иРопределяется допустимое значение перегрева³_доп.

2.6.4. Для расчета выбираются элементы, допустимый перегрев поверх-ности которых _доп < ³_доп.

2.6.5. Для блоков с естественным воздушным охлаждением рассчиты-вается перегрев поверхности любого элемента из каждой группы, для которого справедливо равенство _доп < ³_доп.

Для блоков с принудительным воздушным охлаждением рассчитываются перегревы поверхностей тех элементов из группы, которые стоят последними по ходу теплоносителя.

Примечание.К группе относятся элементы, имеющие одинаковые геометрические размеры и рассеивающие одинаковую мощность.

2.6.6. Для сокращения числа расчетов целесообразно проанализировать конструкцию РЭС по двум направлениям: какие ПП из числа однотипных и какие именно элементы из числа выделенных следует рассчитать. С этой целью необходимо рассмотреть компоновочную схему РЭС, распределение по ПП и элементам коэффициентов теплоотдачи, а также размещение элементов на ПП.

2.6.7. Может иметь место следующая ситуация. По критерию п. 2.6.4 эле-мент в расчет не попадает, а он является наиболее теплонагруженным. В этом случае необходимо использовать еще один критерий – плотность теплового по-тока через поверхность корпуса элемента q_эл. Так как использование усред-ненных характеристик для РЭС предполагает вариант равномерно распреде-ленной мощности в объеме, то следует сравнитьq_элi сq_з, иначе – восполь-зоваться графиком (см. рис. 4) для элементов.

Рис. 11. Зависимость ³_допот_здля РЭСс естественным воздушным охлаждениемпри различных значенияхР

Рис. 12. Зависимость ³_допот_з для РЭС спринудительным

воздушным охлаждениемпри различных значенияхР

В случае заметного превышения q_элi надq_з(уменьшения вероятности обеспечения нормального теплового режима РЭС или даже перехода к другому способу охлаждения) следует ввести и этотi-й элемент в расчет.

Примечание. Для дальнейших расчетов целесообразно составить таблицу по прилагаемой форме.

Форма

Наименование элемента	Кол-во элементов, шт.	Qэ, Вт	Sэ, м2	qэл, Вт/м2	tдоп, оС элемента	tp, оС	, оС	Упорядоченная последователь-ность элементов	Тип ПП и ее номер
				qэлmax
				qэл2
				……..
				qэлmin
				qэлmax
				……..
				qэлmin
и т. д.

Примечание.t_p– расчетное значение температуры элемента; = t_доп-t_p; целесообразно указывать, на какой ПП находится элемент.

2.7. Расчет температуры выделенных элементов (ОСТ 4 ГО.012.032)

Расчет теплового режима МС в РЭСприестественном воздушном охлаждении и внутреннем перемешивании воздуха

2.7.1. Условные обозначения:

S_э иS_эо – площади поверхности и основания МС;_э – зазор между МС и ПП;₁– коэффициент теплопроводности диэлектрического основания ПП;

_э- коэффициент теплопроводности материала зазора_э;V_п – объем ПП;t_х = =l_хоиt_у = l_уо– шаги установки элементов в ячейке;

- задаются (выбираются) студентом в зависимости от выбран-ного варианта установки МС и материала ПП, см. [1], с. 186…188.

2.7.2. Эквивалентный радиус МС

.

2.7.3. Параметр

,

где _ки_л- конвективный и лучистый коэффициенты теплоотдачи с поверхности ячейки, (Вт / м² К). В этом случае они принимаются равными_к=4,5, а_л=4,0;- по п. 2.8.7.

2.7.4. Собственный перегрев корпуса МС

,

где K– эмпирический коэффициент (рекомендуется приниматьK=1,14для МС, центр которых отстоит от торцов ПП на расстоянии меньше3R, иK=1для МС, центр которых отстоит от торцов ПП на расстоянии более3R);K_- коэффициент, учитывающий теплоотдачу от корпусов МС, Вт/(м²К),

при1,810^-4  S_э  610^-3м²,

В=(4,5(Н₂/10⁵)^0,5+4)R– при одностороннем иВ =0– при двустороннем расположении МС в ячейке;М =2– при одностороннем иМ =1при двустороннем расположении МС;К₀(mR)иК₁(mR)– модифицированные функции Бесселя второго рода нулевого и первого порядков (табл. 7).

2.7.5. Предельный радиус взаимного теплового влияния, м,

.

2.7.6. Наведенный перегрев для МС

где i– индекс, относящийся к МС, установленной на одной ПП с рассчитываемой, для которойr_i  r_пр;

В_i = (4,5(Н₂/10⁵)^0,5+4)R_i²– при одностороннем иВ_i =0– при дву-стороннем расположении МС.

2.7.7. Перегрев корпуса МС относительно базовой температуры

.

2.7.8. Температура корпуса МС

.

2.7.9. Перегрев воздуха для МС относительно базовой температуры

.

Таблица 7

Модифицированные функции Бесселя второго рода нулевого и

первого порядков

mr	К0 (mr)	К1(mr)	mr	К0(mr)	К1(mr)
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 3,1 3,2	2,4271 1,7527 1,3725 1,1145 0,9244 0,7775 0,6605 0,5553 0,4867 0,4210 0,3656 0,3185 0,2782 0,2437 0,2138 0,1880 0,1655 0,1459 0,1288 0,1139 0,1009 0,08927 0,07914 0,07022 0,06235 0,05540 0,04926 0,04382 0,03901 0,03474 0,03095 0,02759	9,8538 4,7760 3,0560 2,1844 1,6564 1,3028 1,0503 0,8618 0,7165 0,6019 0,5098 0,4346 0,3725 0,3208 0,2774 0,2406 0,2094 0,1826 0,1597 0,1399 0,1227 0,1079 0,09488 0,08372 0,07389 0,06528 0,05774 0,05111 0,04529 0,04016 0,03563 0,03164	3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7 5,8 5,9 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 6,5	0,02461 0,02196 0,01960 0,01750 0,01563 0,01397 0,01248 0,01116 0,009980 0,008927 0,007988 0,007149 0,006400 0,005730 0,005132 0,004597 0,004119 0,003691 0,003308 0,002966 0,002659 0,002385 0,002139 0,001918 0,001721 0,001544 0,001386 0,001244 0,001117 0,001003 0,0009001 0,0008083 0,0007259	0,02812 0,02500 0,02224 0,01979 0,01763 0,01571 0,01400 0,01248 0,01114 0,009938 0,008872 0,007923 0,007078 0,006325 0,005654 0,005055 0,004521 0,004095 0,003619 0,003239 0,002900 0,002597 0,002326 0,002083 0,001866 0,001673 0,001499 0,001344 0,001205 0,001081 0,0009691 0,0008693 0,0007793

Окончание табл. 7

mr	К0 (mr)	К1(mr)	mr	К0(mr)	К1(mr)
6,6 6,7 6,8 6,9 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 7,6 7,7 7,8 7,9 8,0 8,1 8,2 8,3	0,0006520 0,0005857 0,0005262 0,0004728 0,0004248 0,0003817 0,0003431 0,0003084 0,0002772 0,0002492 0,0002240 0,0002014 0,0001811 0,0001629 0,0001465 0,0001317 0,0001185 0,0001066	0,0006998 0,0006280 0,0005636 0,0005059 0,0004542 0,0004078 0,0003662 0,0003288 0,0002953 0,0002653 0,0002383 0,0002141 0,0001924 0,0001729 0,0001554 0,0001396 0,0001255 0,0001128	8,4 8,5 8,6 8,7 8,8 8,9 9,0 9,1 9,2 9,3 9,4 9,5 9,6 9,7 9,8 9,9 10,0	0,00009588 0,00008626 0,00007761 0,00006983 0,00006283 0,00005654 0,00005088 0,00004579 0,00004121 0,00003710 0,00003339 0,00003006 0,00002706 0,00002436 0,00002193 0,00001975 0,00001778	0,0001014 0,00009120 0,00008200 0,00007374 0,00006631 0,00005964 0,00005364 0,00004825 0,00004340 0,00003903 0,00003512 0,00003160 0,00002843 0,00002559 0,00002302 0,00002072 0,00001865

Примечание. В случае, когда величина mR превышает величину, равную 10, то для курсовой работы можно принять значения функций Бесселя, равные значениям при mR =10. Для реальных расчетов можно воспользоваться лю-бым математическим справочником

2.7.10. Температура воздуха для МС

.

Расчет теплового режима дискретных ЭРЭ в РЭС с естественным охлаждением и внутренним перемешиванием воздуха

2.7.11. Условные обозначения:

М_э – определяющий размер ЭРЭ;

остальные обозначения, см. п. 2.7.1.

2.7.12. Среднеобъемные перегревы нагретой зоны РЭС _з и воздуха _в рассчитываются по пп. 2.5.1.1…2.5.1.5.

2.7.13. Удельная мощность дискретного ЭРЭ

2.7.14. Лучистый коэффициент теплоотдачи ЭРЭ

,

где ε – степень черноты поверхности корпуса ЭРЭ, см. [1], с. 186…188, а to – в градусах Кельвина.

2.7.15. Конвективный коэффициент теплоотдачи ЭРЭ:

при 0,04q_э (840/М_э10³)³

при 0,04q_э >(840/М_э10³)³

Примечание. Для ЭРЭ, имеющих форму шара, в качестве определяющего размера принимают диаметр ЭРЭ, форму горизонтально ориентированного цилиндра – максимальный диаметр ЭРЭ, форму параллелепипеда и верти-кально ориентированных цилиндров – вертикальный размер.

2.7.16. Перегрев корпуса ЭРЭ

.

Примечание. Если Q_э = 0, принимать _э равным перегреву воздуха око-ло ближайшего нижерасположенного тепловыделяющего ЭРЭ или МС.

2.7.17. Температура корпуса ЭРЭ

2.7.18. Перегрев воздуха для ЭРЭ

2.7.19. Температура воздуха для ЭРЭ

Расчет теплового режима МС и ЭРЭ при принудительном воздушном охлаждении

2.7.20. Условные обозначения:

х – расстояние от торца ПП до центра рассчитываемой МС в направлении движения воздуха (см. рис. 2); N_п – количество ПП в РЭС; n_x – количество МС в сечении воздушного зазора между ячейками на расстоянии х;

Остальные обозначения см. пп. 2.7.1 и 2.7.11.

2.7.21. Площадь свободного сечения воздушного зазора между ячейками f_лс на расстоянии x

2.7.22. Эквивалентный диаметр воздушного зазора между ячейками

2.7.23. Перегрев воздуха для рассчитываемой МС при приточной вентиляции

при вытяжной вентиляции

Примечание. При суммировании Q_э учитывают мощность всех МС и ЭРЭ, расположенных перед рассчитываемой МС по направлению воздушного потока в том же зазоре между ячейками.

2.7.24. Температура воздуха для рассчитываемой МС

2.7.25. Значение критерия Рейнольдса

где  - коэффициент динамической вязкости воздуха при t_вэ , Па·с.

Примечание. ν, где ν - кинематический коэффициент вязкости, м/с, см. [1], с. 186…188.

2.7.26. Коэффициент теплоотдачи в воздушном зазоре между ячейками, в котором установлена рассчитываемая МС:

- с МС в прямоугольных корпусах со штыревыми выводами:

при Re  10³

где _в – коэффициент теплопроводности воздуха при температуре t_вэ , Вт/(м·К), см. [1], с. 186…188;

при 10³ < Re  10⁴ ;

- с МС в цилиндрических корпусах:

при Re  10³ ,

при 10³ < Re  10⁴

- с МС в прямоугольных корпусах с планарными выводами:

при Re  2·10³ ,

при 2·10³ < Re  10⁴

- для воздушных зазоров, в которых МС и ЭРЭ отсутствуют:

при 10 < Re < 10⁴

при 10⁴  Re < 510⁶

2.7.27. Коэффициент теплоотдачи ₂ в воздушном зазоре, примыкающем к обратной стороне ячейки с рассчитываемой МС, определяется по пп. 2.7.21, 2.7.22, 2.7.25 и 2.7.26.

2.7.28. Параметр m:

- при одностороннем расположении МС

- при двустороннем расположении МС

Примечание. Величина R определяется по п. 2.7.2, - по п. 2.8.7.

2.7.29. Собственный перегрев корпуса МС

,

где В=(α₂+4)R² – при одностороннем расположении МС, а В = 0 - при дву-стороннем.

2.7.30. Предельный радиус взаимного теплового влияния для МС r_пр определяется по п. 2.7.5.

2.7.31. Наведенный перегрев для МС

где i – индекс, относящийся к МС, установленным на одной ПП с рассчи-тываемой, и для которых r_i  r_пр ; B_i = 0 – при двустороннем и В_i=(_R_i² – при одностороннем расположении МС.

2.7.32. Температура корпуса МС

Расчет теплового режима ЭРЭ в РЭС при принудительном воздушном охлаждении

2.7.33. Условные обозначения:

–половина максимального периметра ЭРЭ по направлению движения воздуха;

остальные обозначения см. пп. 2.7.1, 2.7.11 и 2.7.20.

Примечание. В качестве элемента берется ЭРЭ, а при расчетах перегревов учитываются все элементы: МС и ЭРЭ.

2.7.34. Площадь свободного сечения воздушного зазора между ячейками на расстояниих определяется по п. 2.7.21.

2.7.35. Критерий Re_э для ЭРЭ

2.7.36. Коэффициент теплоотдачи для ЭРЭ

.

2.7.37. Перегрев воздуха для ЭРЭ определяется по п. 2.7.23.

2.7.38. Перегрев корпуса ЭРЭ

2.7.39. Температура корпуса ЭРЭ

2.7.40. Средний перегрев воздуха на выходе из РЭС:

- при приточной вентиляции

- при вытяжной вентиляции

2.8. Учет наличия теплопроводных шин

2.8.1. После пункта 2.5.1.5 определяют тепловую проводимость от микросборки (МС) к корпусу блока через воздух внутри блока :

где - коэффициент, учитывающий теплоотдачу от корпусов микросборок (МС), Вт/(м²·К) (определяют по графику, приведенному на рис. 13).

2.8.2. Определяют тепловую проводимость от микросборки (МС) к корпусу блока по теплопроводной шине (рис. 15, 16).

,

где - удельная тепловая проводимость контакта теплопроводной шины с корпусом блока, Вт/(м²·К):

- при отсутствии прижима ячеек к корпусу блока рекомендуется принимать = 270 Вт/(м²·К);

- при наличии прижима ячеек к корпусу блока рекомендуется определять по графику, приведенному на рис. 14;

- площадь поперечного сечения теплопроводной шины, м;F – половина площади кондуктивного теплообмена теплопроводной шины с корпусом блока, м; - коэффициент теплопроводности материала теплопроводной шины, Вт/(мк).

Примечание. При отсутствии теплопроводных шин в ячейке = 0.

2.8.3. Определяют отношение тепловых проводимостей D :

2.8.4. Если D > 0,25 , дальнейший расчет выполняют в порядке, установленном в пп. 2.8.7, 2.7.2…2.7.10.

2.8.5. Если D ≤ 0,25 , дальнейший расчет выполняют в порядке, установленном в пп. 2.8.8…2.8.10.

2.8.6. Если D = , дальнейший расчет выполняют в порядке, установ-ленном в пп. 2.7.2…2.7.10, принимая в качестве коэффициент теплопро-водности диэлектрического основания печатной платы .

Рис. 13. Зависимость коэффициента от площади поверхности корпуса

Sэ микросборки (микросхемы)

Рис. 14. Зависимость удельной тепловой проводимости контакта тепло-проводной шины с корпусом блока от усилия прижатия ячейки к корпусу блокаP: 1 – контакт медной теплопроводной шины с алюминиевым корпусом блока; 2 – контакт алюминиевой теплопроводной шины с алюминиевым корпусом блока

2.8.7. Определяют эквивалентный коэффициент теплопроводности ячей-ки :

где Sш, Vш - площадь (м) и объем (м) теплопроводных шин на ПП;VП - объем ПП, м; A – коэффициент, учитывающий установку теплопроводных шин в ячейке:

- при установке теплопроводных шин с одной стороны печатной платы

- при установке теплопроводных шин с двух сторон печатной платы

Примечание. При отсутствии теплопроводных шин = .

2.8.8. Определяют собственный перегрев корпуса микросборки (МС) :

Рис. 15. Схематическое изображение ячейки с теплопроводными шинами: 1 – рассчитываемая микросборка, микросхема; 2 – микросборка, микросхема, окру-жающая рассчитываемую и установленная с ней на одной теплопроводной ши-не; 3 – печатная плата; 4 – теплопроводная шина; 5 – корпус блока

Рис. 16. Топология микросборок на теплопроводной шине ячейки:1 – рассчитываемая микросборка; 2 – микросборка, окружающая рассчитываемую микросборку и установленная с ней на одной теплопроводной шине; 3 – печат-ная плата; 4 – теплопроводная шина; 5 – корпус блока

2.8.9. Определяют наведенный перегрев для микросборки (МС) (рис. 15 и 16)

где Nш – число микросборок (МС), установленных на одной теплопроводной шине с рассчитываемой; i – индекс, относящийся к микросборкам (МС), установленным на одной теплопроводной шине с рассчитываемой.

2.8.10. Определяют перегрев корпуса микросборки (МС) относительно базовой температуры и температуру ее корпуса tэ :

2.9. Оценка соответствия теплового режима РЭС нормальному

2.9.1. Для элементов, у которых расчетным путем найдена температура поверхности t_pi , определяется разность температур, ^оС :

,

где t_iдоп – допустимое значение температуры поверхности элемента по ТУ, ^оС; i – число групп элементов, для которых проводился расчет теплового режима,

2.9.2. Если хотя бы у одного элемента _i < 0, то тепловой режим РЭС является неудовлетворительным и следует принять конструктивные меры для обеспечения нормального теплового режима. Правильность принятых мер необходимо подтвердить расчетом.

2.9.3. Если для всех n элементов справедливо неравенство _i  0, то составляется упорядоченная последовательность

_  _    _n .

Таблица 8

Значение функции Ф(0,1)

	Ф(0,1)		Ф(0,1)		Ф(0,1)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	0,500 0,539 0,579 0,618 0,655 0,691 0,726 0,758 0,788 0,816 0,841	11 12 13 14 15 16 17 18 19 20	0,864 0,885 0,903 0,919 0,933 0,945 0,955 0,964 0,971 0,977	21 22 23 24 25 26 27 28 29 30	0,982 0,986 0,989 0,991 0,994 0,995 0,996 0,997 0,998 0,999

2.9.4. Определяется вероятность одновременного выхода из строя первых трех элементов упорядоченной последовательности

Р(t_1доп<t₁^д; t_2доп<t₂^д; t_3доп<t₃^д) = [1-Ф(0,1₁)][1-Ф(0,1₂)][1-Ф(0,1₃),

где t₁^д – действительные значения температуры поверхности элемента, ; значения функцииФ приведены в табл. 8.

2.9.5. Если Р < 0,05, то по результатам расчета делается заключение о соответствии теплового режима РЭС нормальному.

2.9.6. Если Р  0,05, то для решения вопроса об окончательном соответ-ствии теплового режима РЭС нормальному необходимо создание макета.

Расчетная часть задания 2

Для составления заключения о целесообразности применения заданной конструкции радиатора большого элемента в указанных условиях эксплуатации необходимо выполнить расчет температуры поверхности охлаждения и срав-нить её с Т_д.

Методика решения этой задачи излагается на лекциях, а также изложена в [2], с. 75…94.

Порядок расчета при естественной конвекции пластинчатого радиатора с вертикально расположенными ребрами заключается в следующем.

2.10.1. Задаемся величиной суммарного коэффициента теплообмена =10 Вт/(м²·К), который учитывает передачу тепла конвекцией и излучением.

2.10.2. Определяем величину коэффициента эффективности ребра по формуле

где гиперболический тангенс от аргументаx, равный

2.10.3. Находим величину коэффициента теплопередачи:

2.10.4. В первом приближении определяем температуру поверхности охлаждения:

.

2.10.5. Определяем среднюю температуру теплоносителя (воздуха):

2.10.6. Находим величину суммарного коэффициента теплообмена и коэффициента теплопередачиво втором приближении:

;;

;

=(^^ Gr=g()³(-T_c); А=Gr l₀ /D,

где – коэффициент теплопроводности теплоносителя;Т₁=Т; Т₂=Т_с; l₀=b/2; g =9,8 м/с²; - коэффициент кинематической вязкости теплоносителя;  - коэффициент объемного расширения (для газа =1/Т_ср), Nu – число Нуссельта.

2.10.7. Уточняем величину коэффициента эффективности ребра во втором приближении.

2.10.8. Определяем температуру поверхности охлаждения во втором приближении .

2.10.9. Повторяем расчет по пп. 2.10.5…2.10.8 до выполнения условия

где  - величина погрешности расчета; n – номер приближения. В работе следует выполнить три приближения.

Порядок расчета при принудительном воздушном охлаждении для шты-ревого радиатора аналогичен вышеизложенному для пластинчатого радиатора. Однако в нем имеются следующие отличия. За температуру охлаждающего воздуха принимается средняя в пределах теплоотдающей поверхности темпе-ратура воздуха:

где с_р – удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении; Tc – температура охлаждающего воздуха на входе в элемент. При постоянстве пара-метров воздуха на входе в элемент имеем практически постоянное значение величины _к , что приводит к необходимости использования последовательных приближений для определения только величины _л .

В свою очередь, значение величины _к определим как

,

где числа Нуссельта и Рейнольдса:

а скорость воздуха в узком сечении канала находится как

Коэффициент эффективности штыря определим по формулам

Средняя температура охлаждающей поверхности штыревого радиатора равна

При решении задачи следует обратить внимание на то, что величины , с_р зависят от температуры теплоносителя. Численные значения этих параметров в функциях от температуры приведены в [1], с. 186…188.

Графическая часть

Задание 1

Для выполнения расчетной части работы Вам необходимо разработать следующие графические документы:

- при использовании программы «Тепло» компоновочные эскизы оформляют с ее помощью и выводят на печать, обеспечив масштаб 1:1, см. также руководство пользователя программы «Тепло»;

- при использовании программ в оболочке DOS: а) компоновочный эскиз каждого типа ПП (по заданию в каждой работе используются ПП двух типов), выполненный в масштабе 1:1, предпочтительно на миллиметровой бумаге. На этих эскизах должны быть обозначены центры корпусов МС, нанесены все компоновочные размеры как ПП, так и элементов, номер элемента (например: 2.10 – второй ряд, десятый элемент). Кроме этого, напротив каждого ряда элементов должна быть представлена информация по этому типу элементов: тип корпуса; . При компоновке ПП следует руководство-ваться следующим правилом: после установки элементов первого ряда второй ряд элементов устанавливается по осиx с шагом установки первого ряда; третий – с шагом второго ряда и т. д.;

б) компоновочный эскиз прибора с установленными в нем ПП. На нем должна быть информация о том, где и какая по типу ПП установлена; введена нумерация ПП (от 1 до 7); прописан каждый элемент, установленный на ПП. При этом надо исходить из следующих соображений: любой удобный масштаб; платы могут устанавливаться в любом порядке; первый ряд элементов самый нижний (естественное воздушное охлаждение) или первый по ходу теплоноси-теля и перпендикулярный к его направлению (принудительное воздушное охлаждение); минимальное расстояние от верхней поверхности элементов до корпуса не должно быть меньше 20 мм, что приводит к появлению до 3-х различных проходов для воздуха размером: 20 мм, 30 мм и 40 мм (см. рис. 1 и 2); эскизы выполняются в виде рисунков.

Задание 2

Привести эскиз радиатора в изометрии или в проекциях и проставить на нем геометрические размеры, используемые в расчетах. Можно использовать миллиметровую бумагу при соответствующей графике.

4.2.3. Требования к изложению и оформлению материалов курсовой работы, порядку ее представления для получения рецензии и защите

4.2.3.1. Содержание пояснительной записки

Пояснительная записка выполняется на листах формата А4 и должна содержать:

- титульный лист;

- «содержание» с указанием листов, соответствующих разделам;

- исходные данные;

- расчетную часть;

- листинги;

- выводы.

Расчетная часть должна соответствовать заданию (студенческому шиф-ру) и содержать решения задач по заданиям 1 и 2. Листинги должны иметь комментарии в тексте, на них можно и следует наносить поясняющую инфор-мацию.

Графическая часть работы должна содержать эскизы по заданиям 1 и 2. Требования к оформлению представлены на предыдущей странице.

4.2.3.2. Порядок представления работы для получения рецензии и защиты

Выполненная и оформленная работа представляется на кафедру для проверки и получения рецензии. В случае успешного решения студент должен по результатам рецензии провести коррекцию работы (если таковые замечания имеются) и подготовиться к защите. Защита включает проверку знаний как теоретического материала, на основе которого проводились расчеты, так и про-верку практических действий по решению конкретной задачи. В случае неудов-летворительного решения (или неполного) студент на основе рецензии обязан повторить (или дополнить) решение задачи (той же самой или новой) и повтор-но представить работу на рецензию.

Особо следует обратить внимание, что после проверки ни один лист из работы не может быть изъят, в том числе содержащий ошибки или неточности. Все исправления в ПЗ приводятся на чистом листе (обороте) рядом с ошибочным решением. Исправления в КД вносятся непосредст-венно на поле эскиза или текстового документа.