Тепловой расчёт устройства

1 2 3 4 5 6 7

Расчёт теплового режима в герметичном корпусе

Определяющими параметрами для расчёта является мощности рассеивания блока в целом qk и нагретой зоны qз

qk = kpP/ Sk [Вт, м2] (1)

qз = kpP / Sз, [Вт/м2] (2)

где Р = 3,5 Вт;

kp – (0,8–0,9) – коэффициент рассеивания потребляемой мощности;

Sk – площадь поверхности корпуса, м2;

Sз – условная поверхность нагретой зоны, м2

Sk = 2 [L1 * L2 + (L1 + L2) * L3] [м2] (3)

Sз = 2 [L1 * L2 + (L1 + L2) * L3 * kз]? [м2] (4)

Где L1 = 100 мм = 0,1 м, L2 = 150 мм = 0,15 м, L3 = 80 мм = 0,08 м. – соответственно длина, ширина основания блока и его высота.

Kз = (0,1 – 0,5) – коэффициент заполнения объёма.

В общем случае перегрев корпуса герметичного аппарата, работающего в нормальных условиях, относительно окружающей среды определяется зависимостью

Q1 = 0,1472*qk – 0,2962*10^-3*qk+0,3127*10^-6*qk³ [K] (5)

Перегрев нагретой зоны определяется аналогичной закономерностью

Q1 = 0,139*qз – 0,1123*10^-3*qз+0,0698*10^-6*qз³ [K] (6)

Изменение атмосферного давления снаружи корпуса влияет на перегрев корпуса блока относительно температуры окружающей среды, а внутри корпуса – на перегрев нагретой зоны относительно корпуса блока.

Исходя из этого, перегрев нагретой зоны в общем случае определяется выражением

Qз = Q1*Kн1 + (Q2 – Q1)*Kн2, [K] (7)

где первое слагаемое есть перегрев корпуса

Qк = Q1*Kн1 [K] (8)

Коэффициент Кн1 определяется давлением воздуха снаружи блока

Кн1 = 0,82 + 1/(0,925 + 4,6*10–5*H1), (9)

а коэффициент Кн2 зависит от давления среды внутри блока

Кн2 = 0,8 + 1/(1,25 + 3,8*10–6*H2), (10)

где H1 и H2 – атмосферное давление, МПа, соответственно снаружи и внутри блока.

Зависимости (7), (8), (9), (10) справедливы в следующих диапазонах измерения исходных данных:

0<qз<600 Вт/м2

0<qk<400 Вт/м2

700<H<1.2*105 Па

По полученным данным определяют перегрев воздуха в блоке

Q8 = 0.5 (Qk + Qз) [K] (11)

среднюю температуру воздуха в блоке (приборе)

Tв = Qв + Tc (12)

температуру корпуса блока

Tk = Qk + Tc (13)

Tз = Qз + Tc, (14)

где Тс – температура окружающей среды.

Температурный режим отдельных теплонагруженных элементов зависит, в первую очередь, от удельной рассеиваемой мощности элемента

qз = Рэл / Sэл [Вт/м2] (15)

Рэл = Рпотр. Блоком / кол-во ИМС,

к удельной рассеиваемой мощности нагретой зоны qз.

Исходя их этого, перегрев поверхности элемента определяется зависимостью

Qэл = Qз (0.75 + 0.25qэл / qз) (16)

а перегрев окружающей элемент среды

Qэc = Qn (0.75 + 0.25qэл / qз) (17)

С использованием результатов (16), (17) определяется температура поверхности элемента

Tэл = Qэл + Tc (18)

И температура окружающей элемент среды

Tэс = Qэс + Tc (19)

Полученные оценки (13), (14), (18) сравнивают с заданными в задании и технических условиях на элементы. При необходимости вносят изменения в конструкцию блока или применяют радиаторы.

Величины (12), (19) используются при необходимости аппаратурного контроля теплового режима блока или отдельных элементов.

Тепловой режим блока в перфорированном корпусе

Наличие перфорационных отверстий учитывается коэффициентом, зависящим от относительной площади перфорированных отверстий

P = Sn / L1*L2 (20)

где Sn =0,0055 м² – суммарная площадь перфорационных отверстий.

По результатам экспериментальных исследований установлена зависимость

Kn = 0.29 + 1/(1.41 + 4.95 p) (21)

справедливая в диапазоне значений 0 <р< 0,8

Qк = 0.93 Кн1 Кн2 (22)

перегрев нагретой зоны

Qз = 0.93 Kн [Q1 Kн1 +(Q2/0.93 – Q1) Kн2] (23)

и средний перегрев воздуха в блоке