Понятия и определения. Тепловым конструированиемназывают ту часть конструирования ЭС, которая имеет своей целью обеспечение нормального теплового режимаразрабатываемой

Тепловым конструированием называют ту часть конструирования ЭС, которая имеет своей целью обеспечение нормального теплового режима разрабатываемой конструкции.

Общий баланс энергии в ЭС и его коэффициент полезного действия (КПД) можно представить следующим образом:

Е_П = Е₁ + Е₂ + Е₃,

где Е_П – энергия, отбираемая устройством от источников питания;

Е₁ – полезная электрическая энергия;

Е₂ – энергия, рассеиваемая в окружающее пространство;

Е₃ – тепловая энергия, вызывающая нагревание деталей и узлов.

Большинство аналоговых и цифровых узлов ЭС имеют низкие значения КПД − порядка 0,2…0,3. Исключением являются импульсные блоки питания и некоторые другие мощные ключевые схемы, которые могут иметь КПД в пределах 0,75…0,95.

При низких значениях КПД большая доля потребляемой энергии идет на нагревание элементов и узлов конструкции, и они могут сильно нагреваться. Повышение температур приводит к росту интенсивности отказов радиоэлементов, вызывает ускоренное старение конструкционных материалов. Для того чтобы они имели допустимые значения необходимо обеспечить хороший теплообмен аппарата с окружающей средой.

Тепловой режим (ТР) ЭС – пространственно-временное распределение температуры в пределах завершенной конструкции.

Тепловой режим является стационарным, если температуры во всех точках конструкции постоянны во времени.

Тепловой режим ЭС считается нормальным, когда температуры всех деталей и узлов конструкции при заданных условиях эксплуатации не превышают предельно – допустимых значений установленных ТУ на них.

При расчетах часто удобнее оперировать не температурами, а перегревами. Перегрев – разность между температурой некоторой точки (области) конструкции ЭС и температурой окружающей среды:

Dt = t (x,y,z) - t_c

Элементы конструкции, выделяющие теплоту, называют источниками, поглощающие – стоками, а сам процесс передачи тепла – теплообменом. Теплообмен происходит вследствие разности температур между телами, а также между телами и средой.

Часть конструкции ЭС, в которой сосредоточенны источники тепловой энергии, называется нагретой зоной (шасси с расположенными на нем элементами, блоки функциональных узлов, и др.).

В конструкциях можно выделить поверхности (объемы), во всех точках которых температуры одинаковы или условно одинаковы. Такие поверхности (объемы) принято называть изотермическими.

Теплообмен между нагретыми телами и окружающей средой количественно характеризуется тепловым потоком или плотностью теплового потока.

Тепловым потоком Р называется количество тепла Q передаваемое от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой (в общем случае к среде) в единицу времени τ, т. е.

P = Q / τ.

Различают три физических процесса передачи тепла: теплопроводность (кондукция), конвекция, излучение.