Расчет тепловых характеристик корпуса


Воздушное охлаждение является одним из основных способов обеспечения теплового ре­жима современной радиоэлектронной аппаратуры. Простота конструкции, надежность, удобство в эксплуатации и ремонте — основные преимущества систем воздушного охлаждения. Если ра­диоэлектронная аппаратура 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.

Для дальнейших расчетов необходимо указать данные корпуса и платы: Размеры печатной платы : li=0.042 м, 12=0.129 м;

Геометрические размеры корпуса: li= 0.047 м, L2 = 0.134 м, h = 0.04 м; Мощность, выделяемая устройством: Р = 2.5 Вт

Для охлаждения данного устройства выберем перфорированный корпус с двумя отверстия­ми в дне корпуса и двумя отверстиями в крышке корпуса. Радиус отверстий примем равным R=3*10~3 м , число отверстий входных (выходных) по две группы по 20 отверстий.

Подсчитаем площадь данных отверстий; т.к. отверстия одинаковые, то площадь входных отверстий равна площади выходных отверстий:

FBX=FBblx=2N*(7iR2)

FBX=FBblx= 40*3.14*(3*103)2) =1.13НО-3 м2. В шасси сделаем отверстия, площадь которых примем равной:

Гш=1,75*10-4м2.

Вычисление температуры нагретой зоны (t,) и температуры корпуса (tK) сводим к вычисле­нию выражений 2-х выражений;

V3=F3c*P [град] -перегрев нагретой зоны
VK=FKC*P[rpaA] — перегрев корпуса РЭА. (1)
Используем величины t3 и tK находим из выражения (1):

t3 =tc+ V3 [град]

tK =tc+ VK [град] (2)
Неизвестные F3C и FKC находим из следующей системы уравнений:

Решение системы (З) сводится к вычислению следующих величин:

8ЗЛ = 2 * * 12 + 2 * Ь3 * (lt +12) (4) — площадь лучеиспускания, где Ьз — это высота нагретой

зоны, которая определяется из соотношения (5)

h3 = h * Кзап; (5) где h — высота корпуса Кза„ — коэффициент заполнения объема аппарата,

который находится из соотношения (6)

V

Кзап = —— * 100%; (6) где Уд — это суммарный объем всех деталей на шасси и печатной

ап

плате, Van — объем аппарата.

Определим объем аппарата: Van = L, * L2 * h = 0,047*0,134*0,04 =2,52 *10"4 м3

п

Определим объем всех деталей и шасси: V = ^ V. = 1.6278 * 10~5 м3

i=i

Определим коэффициент заполнения объема аппарата Кзап из соотношения (6):

К1ап=6,46*10-2 илиКмп=7%;

Найдем приведенную высоту нагретой зоны h3 из формулы (5): Ь3 =2,58 * 10"3 м. Вычислим площадь лучеиспускающих поверхностей нагретой зоны 8ЗЛ из (4):

8ЗЛ= 0,01171м2

Определим суммарную площадь деталей аппарата на шасси на которую они установлены:

S3B = 1,8 * 10′3 м2

В системе уравнений (3) присутствует величина W — тепловая проводимость между внут­ренним воздухом в аппарате и наружным воздухом за аппаратом. W определяется следующим выражением :

Ср — удельная теплопроводность воздуха (среды). В диапазоне температуры между -20 до +60 градусов по Цельсию Ср практически не зависит от температуры и равна

103 Дж/(кг*град).

Gp — массовый расход охлаждающего воздуха через аппарат при сухом воздухе и нормаль­ном давлении, который определяется из следующего соотношения:

где: h- среднее расстояние между входными и выходными отверстиями в корпусе R — определяется из следующего соотношениягде:

SK — площадь поверхности корпуса определяемая соотношением (10),

F -площадь поперечного сечения аппарата без деталей и шасси, т.е. воздуха между дета­лями и корпусом определяется выражением (11).

SK = 2*L1*(2*h + L1) (10)

F = L1*L2*(1-K1MI) (11)

SK = 1,19 10′2 м2, F = 5,98310 3 м

Определим величину R: R = 1,349 *106 м"4
Определим величину W: W = 0.234 (Вт/град)

Так все неизвестные величины системы (3) найдены, то находим величины F3C и FKC:

F3C = 14,45 (Вт/град),

FKC — 4,120 (Вт/град).

Исходя из решения системы (3) найдем перегрев нагретой зоны и нагрев корпуса РЭА, ис­ходя из соотношения (1):

V3 = 36,05 град, VK = 10,3 град. Из (2) найдем температуру нагретой зоны:

t3 = 56,05 град, tK = 30,3 град.

Рассмотрим таблицу предельно допустимых температур имеющихся элементов (Приложе­ние 1). Из нее видно, что данное устройство работает в нормальном тепловом режиме, это дости­гается за счет естественной вентиляции, которая обеспечивает отвод нагретого воздуха от рабо­чих элементов устройства через перфорацию в корпусе