4.2. Расчет теплового режима рэс с внутренней принудительной циркуляцией воздуха

В герметичных аппаратах для интенсификации отвода тепла от ЭРЭ к кожуху можно применить принудительную циркуляцию воздуха во внутреннем объеме. Эта циркуляция создается с помощью малогабаритных вентиляторов. Потоки воздуха, создаваемые вентилятором, имеют направленное движение, которое обеспечивается наличием шасси и специальных направляющих (рис. 4.2.1,а).

Рис. 4.2.1. Радиоэлектронный аппарат с внутренней принудительной циркуляцией воздуха (а) и его тепловая модель (б)

Пусть известны все геометрические размеры аппарата, производительность вентилятора и мощность, рассеиваемая ЭРЭ. Аппарат представляется в виде нагретой зоны и кожуха (рис. 4.2.1,б). Все выделяющееся в нагретой зоне тепло конвекцией при обтекании ЭРЭ воздухом и излучением передается кожуху, которым рассеивается в окружающее пространство.

Лучистый теплообмен будет проходить точно так же, как и в герметичном блоке, отличия будут только в размерах области, занимаемой нагретой зоной, она будет меньше из-за наличия зазоров у боковых стенок для прохождения воздуха. Площадь нагретой зоны, участвующая в лучистом теплообмене, будет равна

. (4.2.1)

Соответственно коэффициент теплоотдачи и проводимость будут равны

; .

Конвективную составляющую находят из выражения

,

где - конвективный коэффициент теплоотдачи между нагретой зоной и кожухом; - полная поверхность нагретой зоны (поверхность ЭРЭ, шасси), омываемая потоком воздуха и участвующая в конвективном теплообмене:

, (4.2.2)

здесь - площадь поверхности -ого ЭРЭ, - количество ЭРЭ (с двух сторон шасси).

Коэффициент теплоотдачи находят из выражения, полученного эмпирически [1]

, (4.2.3)

где , - коэффициенты, характеризующие соответственно теплофизические параметры воздуха и геометрические размеры аппарата; - средняя скорость воздушного потока; - определяющий размер, - размер шасси в направлении потока воздуха.

Коэффициенты , находят из выражений:

; (4.2.4)

. (4.2.5)

В выражении и через обозначен эквивалентный гидравлический диаметр кожуха, равный

, (4.2.6)

где , - среднее значение площади и периметра поперечного сечения, свободного для потока воздуха, которые рассчитывают по формулам , , - объем аппарата, не занятый ЭРЭ, - полная поверхность нагретой зоны и кожуха, омываемая потоком воздуха, которая равна .

Среднюю скорость воздушного потока , входящую в уравнение (4.2.3), находят из выражения

,

где - объемная производительность вентилятора.

Снижение температуры нагретой зоны будет вызвано увеличением конвективного коэффициента теплоотдачи из-за перехода на вынужденную конвекцию и увеличением площади нагретой зоны, участвующей в конвективном теплообмене.

Расчет температуры кожуха приведен в разделе 4.1.1. Алгоритм расчета температуры нагретой зоны приведен ниже:

1. Задаются температурой нагретой зоны первого приближения .

2. Определяют среднюю температуру .

3. Определяют функцию .

4. Вычисляют приведенную степень черноты

,

при этом вычисление производится исходя из размеров зоны .

5. Вычисляют лучистый коэффициент теплоотдачи

.

6. Лучистая проводимость вычисляется по формуле

.

7. Находят из таблиц теплофизические характеристики , , воздуха при температуре.

8. Вычисляют коэффициент

.

9. Вычисляют площадь поперечного сечения аппарата, свободную для прохождения воздуха,

.

10. Площадь аппарата, участвующая в конвективном теплообмене, равна

.

11. Периметр поперечного сечения аппарата, свободного для прохода воздуха, равен .

12. Вычисляют эквивалентный диаметр

.

13. Вычисляют коэффициент

.

14. Конвективный коэффициент теплоотдачи равен

.

15. Проводимость конвективная вычисляется по формуле

.

16. Полная проводимость участка зона-кожух будет равна .

17. Вычисляют перегрев второго приближения для нагретой зоны

.

18. Определяют температуру зоны второго приближения

.

19. Определяют разброс температур и

.

Если разброс больше 5%, то принимают и повторяются расчеты, начиная с пункта 2.