24. Виды теплообмена в конструкциях рэс: излучение.

Излучение – перенос теплоты, основанный на способности физических тел излучать и поглощать тепловую энергию в виде электромагнитных волн в инфракрасной области спектра. При попадании лучей на тело, часть из них поглощается, а часть отражается.

Отношение отражённого излучения к падающему характеризуется отражательной способностью тела . Отношение поглощённого излучения к падающему характеризуется поглощательной способностью тела .

Наибольшей поглощательной и наименьшей отражательной поверхностями обладает «абсолютно чёрное тело». Такое же тело и излучает 100% энергии, если оно имеет температуру выше температуры окружающей среды.

Отношение излучательной способности любого тела к излучательной способности абсолютно чёрного называют степенью черноты тела .

Мощность теплового потока, отводимого от нагретого тела:

– коэффициент теплообмена излучения;

– перегрев поверхности излучения относительно окружающей среды.

ε – степень черноты тела

- коэффициент облучённости, который показывает какая часть энергии излучаемая первым телом попадает на второе тело.

Тепловое сопротивление при излучении:

25. Виды теплообмена в конструкциях рэс: теплопроводность

Теплопроводность – процесс теплообмена между находящимися в соприкосновении телами, обусловленный взаимодействием молекул и атомов. Процесс передачи теплоты за счёт теплопроводности (кондукции) возможен, если имеется градиент температуры в различных точках тела или в местах соприкосновения тел.

Коэффициент теплопроводности тел:

- коэффициент теплопроводности материала;

– длина пути теплового обмена

– теплопроводящая площадь

– разность температур нагретого и холодного тел

- конвективные тепловые сопротивления

и – коэффициенты теплоотдачи

Для теплопроводящей стенки с учётов конвекции мощность теплового потока:

Рекомендации при проектировании радиоэлектронных средств с учётом теплопроводности:

1. теплопроводящие пути выполнять короткие

2. в соединениях деталей обеспечивать тепловой контакт по возможности большей площади

3. соединяемые теплопроводящие элементы должны быть сжаты между собой

4. теплопроводящие материалы должны иметь большие значения коэффициента теплопроводности

26. Системы охлаждения и способы обеспечения нормального теплового режима конструкций рэс

Система охлаждения – совокупность устройств и конструктивных элементов, используемых для уменьшения локальных и общих перегревов.

Системы охлаждения различаются:

• по способу организации системы

  • индивидуальная

  • групповая

• по роду хладагента

  • воздух

  • жидкость

• по способу движения хладагента

  • естественное

  • принудительное

• по виду материала теплоотвода

  • металл

  • керамика

В конструкциях радиоэлектронных средств используются испарительные системы охлаждения, естественное воздушное охлаждение, принудительное (активное) воздушное охлаждение, жидкостные системы охлаждения.

Выбор способа охлаждения происходит на ранних стадиях разработки устройства. Основные показатели при выборе на ранних стадиях разработки: плотность теплового потока (поверхностная) и максимальный температурный режим устройства.

Для конструкции прямоугольной формы:

Коэффициент заполнения:

Минимально допустимый перегрев компонентов в блоке

– минимально допустимая температура поверхности наименее теплостойкого элемента;

– температура окружающей среды.

1 – зона естественного воздушного охлаждения

3 – зона принудительного воздушного охлаждения

5 – жидкостное охлаждение

2, 4 – переходящие зоны (зоны решений)

В соответствии с плотностью теплового потока узлы и блоки РЭС подразделяются на:

• теплоненагруженные

• теплонагруженные

Воздушное естественное охлаждение (75% теплоты отводится за счёт естественной конвекции, 15% – за счёт теплопроводности и 10% – за счёт излучения).

Чтобы отвод теплоты от элементов конструкции был эффективным, необходимо:

• обеспечить хороший тепловой контакт всех теплонагруженных элементов с корпусом изделия

• увеличить поверхность корпуса

• для увеличения объёма охлаждающего воздуха выполнить в стенках корпуса перфорационные отверстия

• печатные платы с элементами размещать вертикально, а не горизонтально, чтобы не было препятствий свободному потоку воздуха

• платы с недостаточно стойкими элементами размещать внизу конструкции, т.е. в зоне минимальной температуры

Принудительное воздушное охлаждение

Три системы принудительного воздушного охлаждения:

• приточная

• вытяжная

• приточно-вытяжная

При этом система принудит. охлаждения имеет ряд недостатков:

• увеличивается объём и масса конструкции

• требуются большие затраты мощности на охлаждение

• высокий уровень акустических шумов и вибраций

Чисто жидкостные системы эффективны только лишь в том случае, если обеспечивается хороший тепловой контакт между источниками теплоты и охлаждающей жидкостью (теплоносители).

Воздушно-жидкостные системы охлаждения: отвод теплоты от блоков осуществляется как поступающим в стойку от вентилятора воздухом, так и жидким носителем (чаще водой, реже – фреон и антифриз), поступающим по трубам к охладителям. Охладители выполняются в виде систем параллельных трубок, расположенных под каждым охлаждаемым блоком или в виде направляющих для ТЭЗов.

Кондуктивно-жидкостные системы: используется принцип параллельного охлаждения, когда каждый ряд элементов (источники теплоты) и даже каждый элемент охлаждаются отдельно.

Испарительная система охлаждения

Тепловая труба представляет герметичный алюминиевый или стальной корпус, внутри которого помещается капиллярно-пористый фитиль, изготовленный из металлических и неметаллических сеток, металловолокон, металлокерамических и порошковых материалов, а также жидкий теплоноситель (вода, аммиак).

Фитиль насыщается теплоносителем, если на один конец трубы подаётся теплота, то носитель там испаряется и перемещается по трубе до тех пор, пока не конденсируется и превращается опять в жидкость в холодной части трубы. Затем за счёт капиллярного эффекта теплоноситель по фитилю возвращается к горячему концу тепловой трубы.

Для увеличения теплоотводящей способности используется оребрение охлаждающей части трубы.