4.3.1. Расчет теплового режима рэс кассетной конструкции (группа а)

Рассматривается аппарат, в котором имеется область с кассетами (нагретая зона) (рис. 4.3.1.1).

Если в аппарате между кожухом и областью, занимаемой кассетами, имеются воздушные зазоры, следует рассчитать температуру поверхности этой области. Для этого по уже рассмотренным алгоритмам следует определить температуру кожуха и. При расчете температуры нагретой зоны в алгоритм расчетов следует внести изменения, учитывающие наличие 6 воздушных прослоек.

Нагретую зону заменяют однородным анизотропным телом, имеющим форму параллелепипеда с равномерно распределенными источниками энергии. Теплофизические свойства этого тела характеризуются удельной теплоемкостью и коэффициентами теплопроводности по координатным осям ,,.

Рис. 4.3.1.1. Радиоэлектронный аппарат кассетной конструкции группы А и его тепловая модель

Для определения коэффициентов теплопроводности нагретой зоны делаются допущения. Считают, что система тел (совокупность кассет с ЭРЭ) состоит из одинаковых конструктивных элементов, распределенных в пространстве с определенной закономерностью. При выполнении этих условий, можно выделить наименьший объем, многократно повторяя который получим исходную конструкцию (рис. 4.3.1.2). Такой объем называют элементарной ячейкой.

Рис. 4.3.1.2. Элементарная ячейка

Эффективные коэффициенты теплопроводности элементарной ячейки при упорядоченном расположении ЭРЭ, функциональных узлов на монтажных платах будут совпадать с коэффициентами теплопроводности нагретой зоны в целом. Поэтому задача определения коэффициентов теплопроводности нагретой зоны сводится к более простой - определению коэффициентов теплопроводности для элементарной ячейки.

Рис. 4.3.1.3. Элементарная ячейка нагретой зоны и ее

фрагменты

Предполагается, что в нагретой зоне выделили элементарную ячейку (рис. 4.3.1.3), которая состоит из следующих частей: части монтажной платы 1, ЭРЭ 2, воздушных зазоров 3…6.

Передачу тепла через части ячейки 1…6 вдоль осей , , рассматривают как перенос тепла через плоские стенки, у которых поверхности перпендикулярны направлению теплового потока. Поверхности считают изотермическими. При этом предположении тепловые схемы ячейки по координатным осям имеют вид, представленный на рис. 4.3.1.4.

Рис. 4.3.1.4. Тепловые схемы ячейки по координатным осям

Расчеты начинают в предположении, что среднеобъемная температура области равна температуре поверхности нагретой зоны . Прослойки 3…6 заполнены газом, их коэффициенты теплопроводности принимают равными коэффициенту теплопроводности воздуха при температуре поверхности нагретой зоны. Из тепловых схем ячейки нетрудно определить значения тепловых сопротивлений (проводимостей) вдоль координатных осей:

;

; (4.3.1.1)

.

Те же значения тепловых проводимостей ,,можно представить как функции параметров, характеризующих элементарную ячейку в целом:

; ; , (4.3.1.2)

где ,,- размеры ячейки в направлении координатных осей.

Из выражений для тепловых проводимостей (4.3.1.2) находят искомые коэффициенты теплопроводности ,,

, , . (4.3.1.3)

Здесь ,,находятся из выражений (4.3.1.3), в которых сопротивления фрагментов ячейки по направлениям осей , , имеют вид

,,, (4.3.1.4)

где ,,- коэффициенты теплопроводности фрагментов ячейки по осям , , ;,,- размеры -го фрагмента ячейки.

Приведенные выше выражения получены в предположении, что лучистый теплообмен между кассетами, а также поверхностями кассет и корпусом близок к нулю.

Полученные коэффициенты теплопроводности элементарной ячейки , , принимаются за коэффициенты теплопроводности нагретой зоны в целом как однородного анизотропного тела.

Когда известны коэффициенты теплопроводности нагретой зоны , , , осуществляется переход к эквивалентной нагретой зоне с однородными характеристиками. Для этого одна из величин , , принимается в качестве базовой величины, например= , после чего производится перерасчет размеров нагретой зоны:

,,.

Из полученных величин ,,, меньшую по величине считают высотойН. Две другие обозначают, каки.

Для расчета перегрева центральной области аппарата относительно поверхности нагретой зоны используют формулу из раздела 2.3.4.2

, (5.3.1.5)

где - базовый коэффициент теплопроводности, который принимается равным одному из значений коэффициента теплопроводностей , или , а коэффициентявляется функцией относительных размеров нагретой зоны, он находится с помощью графиков (рис. 4.3.1.5) [1]. Эту температуру считаем температурой второго приближения .

Рис. 4.3.1.5. Зависимость коэффициента от размеров

нагретой зоны

В результате можно вычислить новое значение среднеобъемной температуры . Эту температуру используют для повторных вычислений, начиная с вычисления проводимостей (4.3.1.1). Разброс величин в начале и в конце вычислений менее допустимой величины дает основание прекратить вычисления.