Если представить воздушный зазор между нагретым узлом и стенкой корпуса в виде прямоугольного параллелепипеда со сторонами DL1 и DL2 и шириной зазора δ, то коэффициент конвекции в таком объёме будет определяться следующим соотношением:
α К = ; (2)
где: - N = 1 при горизонтальной ориентации зазора, N = 1.3 – при вертикальной ориентации, B – коэффициент, зависящий от температуры в зазоре (см. таблицу).
Таблица
Θзазор 0С | ||||
B | 0.13 | 0.58 | 0.56 | 0.44 |
Приведённое соотношение позволяет решить задачу расчёта температуры несиловых элементов внутри устройства. Для этого печатные узлы, скомпонованные в этажерку, нужно представить единым прямоугольным параллелепипедом с линейными размерами L1,L2,L3 расположенном на некоторых расстояниях δ1….δ6 от стенок корпуса.
Обратимся к 3D модели устройства, разработанной ранее.
Виртуально снимем крышку, чтобы было понятно внутреннее содержание сборки. Далее суммарную мощность, выделяемуя в силовых транзисторах и диодах обозначим как Рре, а во всех элементах, расположенных на платах как Рsu.
|
|
|
|
Рис.5.2
|
|
|
|
|
|
|
Рис.5.4
Зазоры δ1, δ3- δ35 имеют вертикальную ориентацию (N=1,3), а зазор δ2 – горизонтальную (N=1).
В литературе по тепловым расчётам такой «горячий» объём внутри корпуса называется «нагретой зоной». Принимается допущение о том, что внешняя поверхность зоны изотермична (имеет одинаковую температуру).
Алгоритм расчёта Θнз можно изложить в следующем виде.
1. Определяем плотность теплового потока от нагретой зоны: qНЗ = РСУ/SНЗ.; где SНЗ – площадь поверхности зоны. Sнз=L1*L2+L1*L3*2+L2*L3*2
2. По вспомогательной кривой на рис.5.1 находим перепад температуры зоны относительно окружающего её воздуха DΘЗ в первом приближении и определяем ΘНЗ в первом приближении: ΘНЗ = ΘК + DΘЗ.
3. По формуле (2) определяем пять значений α К для различных объёмов (зазоров) между нагретой зоной и стенками корпуса (кроме нижнего зазора).
В формуле 2 подставляем вместо DL1, DL2 и δ соответственно
габариты прямоугольников зазоров на рис. 3
6. Определяем α Л по формуле
α Л = C0*εПРИВ.*
εПРИВ. в данном случае возьмем равной 0,5
7. Рассчитываем тепловые проводимости между стенками корпуса и нагретой зоной с различных её сторон (кроме нижней):
s1….5 = (α К.1…5 + α Л)*S1….5; где S1….5 – площади верхней и боковых сторон нагретой зоны.
8. Рассчитываем температуру поверхности нагретой зоны в следующем приближении: ΘНЗ1 = ΘК + РСУ/(s1 +s2 +s3 +s4 +s5). Если ΘНЗ1 больше, чем Θн.з или существенно меньше него, то необходимо организовать циклические расчёты, подставляя ΘНЗ1 вместо ΘНЗ в пункте 2.
|
|