6. Тепловой расчет

Воздушное охлаждение является одним из основных способов обеспечения теплового режима современной РЭА. Простота конструкции, надежность, удобство в эксплуатации и ремонте - основные преимущества систем воздушного охлаждения. Если РЭА имеет герметичный корпус, то теплоотвод осуществляется либо благодаря только естественной конвекции, либо за счет принудительной вентиляции, создаваемой встроенным внутри корпуса вентилятором. Если корпус РЭА негерметичный, то теплоотвод, кроме естественной конвекции может осуществляться за счет естественной или принудительной вентиляции.

Во всех перечисленных способах охлаждения, определенная часть тепловой энергии рассеивается также и излучением. Спроектирую корпус для данной РЭА с расположенными внутри него деталями на горизонтальном шасси. Размеры печатной платы L1=0,055м; L2=0,03м; 0,02 м от дна корпуса до печатной платы, 0,001 м толщина печатной платы, 0,01 м - высота самой большой детали РЭА и 0,02 м запас до крышки корпуса, размеры корпуса примем:

Для охлаждения данной РЭА выбираю перфорированный корпус с прямоугольными отверстиями в корпусе. Размер отверстий 7х25 мм, число отверстий входных (выходных) 6 штук. Подсчитаю площадь данных отверстий, т.к. отверстия одинаковые, то площадь входных отверстий равна площади выходных отверстий:

.

Представлю корпус и шасси с деталями в виде нагретой зоны и корпуса с отверстиями:

Вычисление искомых tз (температуры нагретой зоны) и tк (температуры корпуса) свожу к вычислению двух выражений:

(21)

где - перегрев нагретой зоны,

- перегрев корпуса РЭА.

Неизвестные Fзс и Fкс находим из следующей системы уравнений:

(22)

Решение системы сводится к вычислению множества неизвестных величин:

Площадь лучеиспускания:

,

где hз - это произвольная высота нагретой зоны, которая определяется как:

,

где h - высота корпуса;

Kзап - коэффициент заполнения объема аппарата, который находится из следующего соотношения:

,

где Vд - это суммарный объем всех деталей на печатной плате;

Vап - объем аппарата, который определяется по приведенной ниже формулы:

.

Определяю объем всех деталей и шасси данной РЭА(объемы приведены в Таблице1 ).

Таблица 1 - «Расчётные объёмы элементов»

Определяю коэффициент заполнения объема аппарата Кзап из соотношения:

.

Найдем приведенную высоту нагретой зоны hз:

.

Вычислю площадь лучеиспускающих поверхностей нагретой зоны Sзл:

.

Определяю суммарную площадь деталей аппарата (расчетные площади деталей на плате РЭА в Таблице2).

Таблица 2 - «Расчётные площади элементов»

В системе уравнений (21) присутствует величина W - тепловая проводимость между внутренним воздухом в аппарате и наружным воздухом за аппаратом. W определяется выражением:

, (23)

где Ср - удельная теплопроводность воздуха (среды), в диапазоне температуры между -20С до +60С;

Ср - практически не зависит от температуры и равна ;

Gр- массовый расход охлаждающего воздуха через аппарат при сухом воздухе и нормальном давлении, определяется как:

,

где h - среднее расстояние между входными и выходными отверстиями в корпусе;

R - определяется из следующего соотношения:

,

где Sк - площадь поверхности корпуса, равная;

,

- площадь поперечного сечения аппарата без деталей и шасси, т.е. воздуха между деталями и корпусом определяется выражением:

.

Определяю величину R, подставляя найденные величины:

Подставлю в выражение (22) вместо С - 103 и вместо Gp = , и вычисляю полученное выражение:

.

Все неизвестные величины из системы (21) получены. Подставляю их, и получаю:

,

.

Исходя из решения системы, нахожу перегрев нагретой зоны и нагрев корпуса РЭА, положив значение мощности P= 7 Ватт:

,

.

Вычисляю температуру нагретой зоны, и средне поверхностную температуру корпуса

Предельно допустимые температуры элементов, используемых в данной РЭА, приведены в Таблице3.

Таблица 3 - «Предельно допустимые температуры элементов»

Вывод: исходя из допустимых температур элементов и температуры нагретой зоны можно сказать, что данная РЭА работает в нормальном тепловом режиме, это достигается за счет естественной вентиляции, которая обеспечивает отвод нагретого воздуха от рабочих элементов РЭА через перфорацию в корпусе.