Расчет средневзвешенной температуры корпуса и температуры нагретой зоны РЭА.

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 (рами).

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.

Спроектируем корпус для данной РЭА с расположенными внутри него деталями на горизонтальном шасси. Размеры печатной платы l1=50 l2=60 мм. Размеры корпуса примем:

L1=L2=60(мм)=0,06(м); h=45(мм)=0,045(м).

Т.к. 10 мм от дна корпуса до печатной платы, 1,5мм толщина печатной платы, 24мм – высота самой большой детали РЭА и 9,5мм запас до крышки корпуса 10+1,5+24+9,5=45мм=0,045м.

Для охлаждения данной РЭА выберем перфорированный корпус с двумя отверстиями в дне корпуса и двумя отверстиями в крышке корпуса. Радиус отверстий примем равным R=4*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:

Fвх=Fвых=2*20*(Pi*R*R)=40*5,0*10-5м2=2,0*10-3 м2.

Представим корпус и шасси с деталями в виде нагретой зоны и корпуса с отверстиями (рис.2).

В шасси предусматриваются отверстия площадь которых примем равной

Fш=1,75*10-4м2.

Вычисление искомых tз (температуры нагретой зоны) и tк (температуры корпуса) сводим к вычислению выражений 2-х выражений;

Vз=Fзс*P[град] –перегрев нагретой зоны

(1) Vк=Fкс*P[град] – перегрев корпуса РЭА.

Используем величины tз и tкс находим из выражения (1):

tз=tс+Vз[град]

(2) tк=tc+Vк[град]

Неизвестные Fзс и Fкс находим из следующей системы уравнений:

(3)

Решение системы (3) сводится к вычислению множества неизвестных величин:

(4) — площадь лучеиспускания, где hз – это произвольная высота нагретой зоны, которая определяется из соотношения (5).

(5) ; где h – высота корпуса Kзап – коэффициент заполнения объема аппарата, который находится из соотношения (6).

(6) ; где Vд – это суммарный объем всех деталей на шасси и печатной плате, Vап – объем аппарата.

Определим объем аппарата:

Определим объем всех деталей и шасси данной РЭА (объемы приведены в таблице 1):

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

Найдем приведенную высоту нагретой зоны hз из формулы (5)

Вычислим площадь лучеиспускающих поверхностей нагретой зоны Sзл из (4):

Определим суммарную площадь деталей аппарата на шасси на которую они установлены (расчетные площадки деталей на шасси РЭА приведены в таблице1):

В системе уравнений (3) присутствует величина W- тепловая проводимость между внутренним воздухом в аппарате и наружным воздухом за аппаратом. W определяется выражением (7):

(7) ; где Ср — удельная теплопроводность воздуха (среды). В диапазоне температуры между –20 до +60 градусов по Цельсию. Ср практически не зависит от температуры и равна 103Дж/(кг*град).

Gr — массовый расход охлаждающего воздуха через аппарат при сухом воздухе и нормальном давлении, определяется из соотношения (8);

(8) ; где h- среднее расстояние между входными и выходными отверстиями в корпусе.

R – определяется из соотношения (9);

(9)

где Sк – площадь поверхности корпуса определяемая соотношением (10), — площадь поперечного сечения аппарата без деталей и шасси, т.е. воздуха м/у деталями и корпусом определяется выражением (11).

(10)

(11)

Определим величину R из соотношения (9), подставляя величины найденные из (10) и (11), а также площади входных и выходных, отверстий шасси:

Представим вместо Ср 103 в (7) и вместо Gr выражение получим:

(12)

Найдём W:

Все неизвестные величины из системы (3) получены. Подставим их в систему получим:

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

Из (2) найдем температуру нагретой зоны:

, а средне поверхностная температура корпуса определим как:

.

Предельно допустимые температуры элементов:

Резистор МЛТ-0,125	70°C
Резистор МЛТ-0,25	70°C
Стабилитрон и диод КС156, КД522	80°C
Транзистор КТ805АМ с радиатором	80°C
Микросхема К142ЕН6А с радиатором	80°C
Микросхема К155ЛА3	70°C
Транзистор КТ315,КТ361	80°C
Подстроечный резистор	60°C

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.

i элемент	Vi(м^3)	Si(м^2)	Кол-во
Конденсаторы К50-100мкФ,20мкФ	0,0000018	0,0003	2
Резистор МЛТ-0,125	0,00000019	0,00006	8
Резистор МЛТ-0,25	0,000000198	0,00006	1
Стабилитрон и диод КС156, КД522	0,00000001770	0,00003	2
Транзистор КТ805АМ с радиатором	0,0000108	0,0009	1
Микросхема К142ЕН6А с радиатором	0,00000072	0,000003	1
Микросхема К155ЛА3	0,00000028	0,00028	1
Транзистор КТ315,КТ361	0,000000126	0,000084	3
Подстроечный резистор	0,000000845	0,00033	1
Шасси	0,0000045	0,006	1
	0,00002288	0,00448250

Таблица 1. Расчетные объемы и площади деталей РЭА.