Защита РЭА от тепловых воздействий

С позиции теплофизики РЭА представляет собой устройство, преобразующее электрическую энергию источников питания в тепловую. Тепловая модель РЭА может быть представлена физическим телом со множеством источников и стоков тепла в виде резисторов, транзисторов, ИС, ЭВП и различных элементов конструкции (теплопроводных и теплоизолирующих).

Перенос тепла от горячего тела к холодному или к окружающей среде происходит за счет теплопроводности, конвекции и теплового излучения.

Теплопроводность – это процесс обмена тепловой энергией меду находящимися в соприкосновении телами или частями тел, обусловленный взаимодействием молекулами и атомами этих тел.

Конвекцией называется перенос энергии макрочастицами газа или жидкости. Конвекция может быть естественной (в результате действия сил тяготения) и вынужденной (за счет действия агрегатов, создающих перемещение газа или жидкости).

Перенос тепла излучение происходит посредством электромагнитных волн. Для описания всех трех видов теплообмена моно использовать следующее соотношение:

Ф = αSΔθ – тепловой поток *

Где α – коэффициент теплообмена [ ]

α_т – для теплопроводности,

α_к – для конвекции,

α_л – для излучения,

S – площадь поверхности теплообмена [м²],

Δθ – перепад температур между двумя изотермическими поверхностями в теле или между двумя телами. Если рассматривают перепад температур между телом и средой, то этот параметр называют перегрев ν. Расчет теплообмена изделия в целом, когда действуют одновременно 2 или 3 процесса переноса тепла меду множеством тел по выражению для Ф практически невозможен из-за больших методических и математических трудностей. Это является одной из причин применения для тепловых расчетов приближенных аналитических численных и графоаналитических методов, физического и математического моделирования и методов аналогий.

Теплопроводность

Подставим в выражение * α_т = λ/δ и получим для плоской стенки

Ф = λSΔθ/δ

где Ф – тепловой поток, отводимый за счет теплопроводности [Вт];

λ – коэффициент теплопроводности [Вт/ ];

S – поверхность через которую осуществляется перенос тепла [м²];

Δθ – перепад температур между изотермическими поверхностями [К];

δ – толщина стенки [м].

(λ для Аl – 200; Си – 380; Сталь-45; Смода-0,5; Гетинакс – 0,17)

При расчетах переноса тепла по аналогии с переносом эклектического заряда часто пользуются понятиями тепловой проводимости σ и теплового сопротивления r.

;

Конвекция.

Конвективный коэффициент теплообмена α_к является функцией многих переменных. Для случая естественной конвекции уравнение * применяет вид:

Ф = f (Nu, Gr, Pr)*S*Δθ

Где Nu, Gr, Pr – обобщенные безразмерные параметры, называемые критериями Нусселита, Грастофа, Прандтля. Кроме этих критериев на практике используются критерии: Re – Рейнольдса, Pe – Пенле, Fo – Фурье и Bi – Био.

Физический смысл указанных критериев следующий:

Nu – характеризует соотношение интенсивностей конвективного теплообмена и теплопроводности в пристеночном слое жидкой или газообразной среды;

Pr – характеризует физические свойства среды;

Gr – характеризует соотношение подъемной и вязкой сил при свободной конвекции в жидкости или газе;

Re – характеризует соотношение сил инерции и трения в потоке теплоносителя;

Fo – характеризует скорость изменения температурного поля тел во времени;

Bi – устанавливает связь между полем температур твердого тела и условиями теплообмена;

Pe – является мерой отношения конвективного и молекулярного переноса тепла.

Для большинства случаев теплообмена в РЭА связь между критериями выражается степенным критериальным уравнением:

Nu = cRe^qPr^mGrⁿK_доп

где c, q, m, n – безразмерные коэффициенты (справочные), соответствующие определенному виду и режиму движения среды и некоторому диапазону изменения определяющих параметров;

K_доп - коэффициент, учитывающий влияние дополнительных факторов (направление теплового потока, кривизна канала и т.п.)

Тепловое излучение

Подставим в формулу * значение коэффициента α_л и получим:

Ф=

где – приведенная степень охлажденного тела;

– коэффициент облученности, показывает какая часть энергии излучаемая телом 1 попадает на тело 2;

- функция, устанавливающая связь между температурами тела 1 и 2 при излучении;

( для Al=0,06÷0,18; Сталь=0,5÷0,42; Ag – 0,02÷0,03; Лаки – 0,27÷0,906).

При охлаждении тела в воздухе = t₁-тело; t₂-воздух, следовательно, при больших разностях эффективность теплопроводности излучением значительно возрастет.