Для камеры (3) из алюминиевого Сплава Д1

Ss,i = 20,4 - 10-3 м2, 5з,2 = 28,4 X X 10-3 м , Vs.i = 18,9 . 10-6 Vr,.i = 32,1 - 10-5 ш>, Vs = 13,2Х X 10-5 мз, = 180 Вт/(м К),

Сз = 880 Дж/(кг К), Рз = 2,7 х X 10=* кг/мз, бторц = 5 - 10-3 м, ббок = 5,5 . 10-8 м, 2hs = 140 X X 10-3 м, Rs= 27 10- м

для теплоизоляции (4) из пенопласта ФК-20

S,i = 28,4 . 10-3 5 46 gy ХЮ-з 2, = 32,1 . 10-=i мз,

V4.2 = 71,3 10- мз, 4 = 39,2х X 10-5 мз, = 0,06 Вт/(м . К), Ci = 1,2-103 Дж/(кг . К), Р4 = 0,1х X 103 кг/мЗ;

для воздушной прослойки (5) Sb.i = 46,8 . 10-3 м; Sj.j = = 77,7 . 10-3 м, V,i = 71,3 X X 10-5 мз, 5,2 = 162 . 10- мз. 16 = 90,7 - 10-5 мЗ.

В воздушных прослойках (2 и 5) необходимо учесть конвекцию и излучение. Найдем значения бг вф и ббэф по формуле (13.45):

V2.2/2,l = 3,28, S,/S,i = 2,39;

П2 =2,74, бг эф = 9,5 - IQ-s м;

VsJV.i = 2,27, Ss.s/Ss,! = 1,66,

5 = 1,62, 65 эф = 14,2 . 10-3 м.

Для расчета Яг дф и дф используем экспериментальные данные по определению температур элементов или выбираем значения этих температур ориентировочно. Пусть в рассматриваемом случае при % = = 293 К принято Oi 2 = ба I = = бстаб = 343 К, 65 = 323 К, 05,8 = 303 К.

Тогда в результате вычислений получим

егк=1.

Защита РЭА от тепловых воздействий Р2=1,03кг/мЗ, с2=1000Дж/(кг-К); Ебк=1.4. 5эк = ебк->5 = 1.4-2,76Х X 10-2 = 3,86-\0- Вт/ (м-К), а5л = 4,67 Вт/(м2.К). к, эфк, эн + . л б. зф = 3,86. 10-2.f + 4,67-1,42-10-2= 10,5Х Х10-2Вт/(м-К).

р., = 1, 13 кг /мЗ, С5 = I ООО Дж /(кг К).

3, Геометрические и теплофизические параметры тепловой связи:

fcB=3,14 . 10- м2, бсв = 5 X X 10-2 м, /?св = 1 - 10-3 и. Лев = = 180 Вт/(м - К) (сплав Д1)

4. Определяющие размеры элементов ТСТ;

и = 0,254 - 1/(8.53 10-3) = 2,35 - 10-2 м;

VsJVs = 1,7, 5з.2/5з,1 = 1.39, Пз = 1,66, /.3 = 0,54 . 10-2 и; ViJVi, = 2,22, 54.2/54,1 = 1,65, п4 = 1,71, Ц = 1,07 . 10-2 и ц = 0,94 10-2 ц = 1,42 10-2 м.

5. Геометрические характеристики элементов (по формулам (13.47)):

Ф1 = 0,347, /1= 0,335, ф2,1 = 0.607, ф2,2 = 1,45,112 = 0,294, /2,1 = 0,57, /2.2 = 0,40, фз,1 = 0,834, фз,2 = = 1.16, Г1з = 0,418, /з.1 = 0,53. /з.2 = 0,36, Ф4.1 = 0,775, Ф4,2 = = 1,28. = 0,378, /4,1 = 0,54, /4.2 = 0,38, Фб,1 = 0,733, фб,2 = = 1,22, = 0,376, /5.1 = 0,54, h,2 = 0,37.

6. Тепловые проводимости элементов ТСТ (по формулам (13.49)):

02 = 22 дф52,152,г/[г (г,!-!-S2.2)] = = 2 2,97 - 10-2 . 853 . 1о-з.20,4Х X 10-8/10,94 10-2 - (8,53 + 20,4) X X 10-3] = 0,38 10- Вт/К,

13.3. Термостаты

04 = Si,iSi,ALi (S4.1 + 54,2)]= =2-0,06-28,4.10-3.46,8-I0-3/[l,07X X 10-= (28,4 + 46,8) . 10-3] =. = 0,198 Вт/К,

Об = 26 эф Sii.iSg.a/Ls (55,1 + 55,2) = = 2 . 10,5 . 10-= . 46,8-10-3.77,7 х X 10-з/[1,42 . 10-2(46,8 + 77,7) X X 10-3] = 0,432 Вт/К

Принимаем ориентировочно с = 10 Вт/(м2 . К), тогда

Ос = ас5. г = 10 77,7 10-8 =

= 0,777 Вт/К,

Olc=(l/02+l/04 + l/Os + 1/Ос)- =

= (0,038- + 0,198- + 0,432-1 ]. + 0,777-1)-! = 0,0286 Вт/К-

Оэбственная проводимость объекта Oi = i\SijLj = 2 . 58,6 X X 8,53 10-3/(2,34 10-2) =, = 42,7 Вт/К-

7. Минимальная мощность нагревателя (формулы (13.50) и (13.51)):

при ест = е,5 = 343К,

Фнст =Oic (6,5-00 от); при Ос ст=293 К Фи ст= 1.43 Вт; при 60 01 = 213 К Фнст = 3,72Вт;-при 60.1 = 63 = 343 К Фвст=(1/04+

+ 1/а5+1/оо)-меот-есст);

при еоот = 293 К Фнот = 5.8Вт! при еоот = 213К Фнот=15,0Вт.

8. Среднеповерхностные температуры элементов ТСТ в стационарном режиме при 6с ст 293 К бот = = Оя = 343 К (формула (13.54)) (при

этом 6;

343 К):

645 = Фн ст (1 /О5 + 1/Ос)+бс ст = =5,8 [(4,32-10-1)-1+(7,77 10-i)-i] + +293 = 313,8 К

для наружной поверхности теплоизо-.пяции (формула (13.54));

свч = 3,04 К.

55 ст=Фн от/Ос-fSc ст = 5.8 X

X (7,77-10-1)-1+293 = 300,4К

для наружной поверхности термостата.

Рассчитываем коэффициент теплообмена кожуха ТСТ

с = к + ал = 4,3 + 5,35 =

= 9,65 Вт/(м2 . К).

Следовательно, выбор первоначального значения ас = Ю Вт/(м2 х X К) сделан достаточно точно и повторения расчета не требуется.

Аналогично оцениваются допущения, принятые в п. 2 при расчете

5 эф-

9. Оценка локального влияния тепловой связи объекта с окружающей средой на распределение температур в объекте при

бс от = 293 К, бот = бз = 343 К.

Тепловая связь моделируется стержнем, боковая поверхность которого теплоизолирована, объект условно представляется как полупространство с адиабатической изоляцией поверхности; тепловое сопротивление этой связи

/св = 6ов/(Ясв fcB) = 5-I0-2/[180x Х(3,14. Ю-в)] =88,5 К/Вт,

тепловой поток Фсв = (343 - - 293)/88,5 = 0,56 Вт, искажение температурного поля в центре соприкосновения тепловой связи и объекта б(о,о) - бо = Фсв/лс =0,56/3,14 10-3 . 58,6 = 3,

Для объекта, выполненного из сплава Д1, i = 180 Вт/(м К), бо,о - бо - 0,99 К.

Пусть требуемая точность термостатирования ± 1 К. Для умень-щения искажающего влияния тепловой связи уменьщим радиус тепловой связи в три раза (Лсв = 0,33 X X Ю-з м. Fob = 0,348 10- и повторим расчет: Лсв = 805 К/Вт, Фсв = 0,062 Вт, 6(0,0) -бо= 1.02 К.

В этом случае местная неравномерность практически не превышает допустимого отклонения от температуры термостатирования.

10. Оценка увода среднеповерхностной температуры объекта при / св = 0,33 .10-3 м бс = 293 К.

13.4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ РЭА С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Общие положения *

Воздушное охлаждение является одним из основных способов обеспечения теплового режима современной теплонагруженной РЭА. Простота конструкции, надежность, удобство в эксплуатации и ремонте - основные преимущества систем воздушного охлаждения.

Если РЭА имеет герметичный кожух, то теплоотвод осуществляется либо благодаря только естественной конвекции (ЕК), либо за счет принудительной циркуляции, создаваемой встроенными внутрь кожуха вентиляторами (ПЦ), либо принудительной циркуляцией с продувом через охлаиадающие теплообменники (ПЦТ).

Если кожух в РЭА негерметичен, то теплоотвод, кроме естественной конвекции, может быть осуществлен за счет естественной (ЕВ) или принудительной (ПВ) вентиляции. Во всех перечисленных способах охлаждения, схематически показанных на рис. 13.30, определенная часть тепловой энергии рассеивается также и излучением.

Многообразие конструктивно-компоновочных схем РЭА с воздушным охлаждением сводится к двум расчетным моделям (to): РЭА с шасси и РЭА кассетной конструкции (РЭА КК).

* Составитель И. В. Глушицкий.

Рис. 13.30. Схемы воздушного охлаждения РЭА с шасси (а) и РЭА КК (б)

Тепловые режимы одноблочной РЭА

Расчетными параметрами при оценке тепловых режимов одноблочной РЭА являются следующие.

Для РЭА с шасси: Og доп и 6f доп - предельно допустимые температуры внутренних поверхностей РЭА и воздуха внутри РЭА, К; Ф - тепловая мощность, рассеиваемая РЭА, Вт; G , Gm - объемный или массовый расход охлаждающего воздуха при наличии ПВ, м/ч или кг/ч; V - объем РЭА, м ; Косн - коэффициент формы основания РЭА (Kqch = = LjL, Li, L2 - ширина и длина шасси); Kq - коэффициент формы

РЭА в целом (Ко = HV-), Квап-коэффициент заполнения объема РЭА.

Для РЭА КК: воз доп и Оовдоп - предельно допустимые температуры поверхностей центральных плат РЭА и воздуха между ними. К; Фп - тепловая мощность, рассеиваемая каждой платой, Вт; G , Gmu - объемный или массовый расход охлаждающего воздуха, приходящийся на каждую плату при наличии ПВ м/ч или кг/ч; т - количество плат и РЭА (или расстояние между смежными платами b = Ц/т); V, Kqch, Ко, Кзап - то же, что и для РЭА с шасси.

Основными параметрами, определяющими тепловой режим РЭА с шасси, являются среднеповерхностная температура НЗ [10, 14, 15] Qg и средняя температура воздуха внутри аппарата Ов-

В РЭА К К наибольшая температура наблюдается на одной из центральных плат [10, 14, 15], поэтому в качестве определяющих параметров принимаются среднеповерхностная температура НЗ центральной платы воа и средняя температура воздуха ёов между центральной платой и соседней. В РЭА с ПВ ьозяух, проходя через НЗ. постепенно нагревается и имеет наибольшую температуру на выходе из РЭА и на входе в теплообменник (для аппаратов с ПЦТ). Поэтому расчетными параметрами в этих случаях являются

а) 0J, = 02 + Осв = 0,038 + + 1/805 = 0,039 Вт/К, К = Ог/а, = = 0,038/0,039 = 0,974. / = Осв/а = = 0,032, 0,5 = 0,974 343 + 0,032 х X 293 = 343,4 К,

б) Де,5 343 - 343,4 = - 0,4 К. Увод не превышает допустимого отклонения от температуры стабилизации.

Анализ нестационарного теплового режима для рассчитываемого ТСТ детально разработан в [11].