Степень черноты различных поверхностей
4. Для определяющей температуры рассчитываем число Грасгофа Gr для каждой поверхности корпуса: , (1.5) (5)
где L опр. I – определяющий размер i-той поверхности корпуса; – коэффициент объемного расширения, для газов ; g – ускорение свободного падения, g = 9, 8 м с-1, ν m – кинетическая вязкость газа, для воздуха определяется из табл. 3. Индекс m означает, что все параметры соответствуют определяющей температуре t m. Таблица 3 Теплофизические параметры сухого воздуха при давлении 101, 3-105 Па
5. Находим число Прандтля Pr из табл. 2 для определяющей температуры t m. 6. Находим режим движения газа или жидкости, обтекающих каждую поверхность корпуса: (GrPr)m≤ 5 • 102 — режим переходный к ламинарному; 5 • 102< (GrPr)m≤ 2•107 – ламинарный режим; (GrPr)m> 2•107 – турбулентный режим. 7. Рассчитываем коэффициенты теплообмена конвекцией для каждой поверхности корпуса блока α кi: для переходного режима , (6) для ламинарного режима , (7) для турбулентного режима , (8) где λ m – теплопроводность газа, для воздуха значения λ m приведены в табл. 1.3; N i – коэффициент, учитывающий ориентацию поверхности корпуса;
8. Определяем тепловую проводимость между поверхностью корпуса и окружающей средой σ к: , (9) где Sн, Sб, Sв – площади нижней, боковой и верхней поверхностей корпуса соответственно. . Встречаются блоки РЭА с оребренными поверхностями. В этом случае необходимо определить эффективный коэффициент теплообмена оребренной i-й поверхности α эфi, который зависит от конструкции ребер и перегрева корпуса относительно окружающей среды. Определение α эфi. производится точно так же, как при расчете радиатора, методика которого приведена на с. 14. Определив эффективный коэффициент теплообмена α эфi, переходят к расчету тепловой проводимости всего корпуса σ к, которая состоит из суммы проводимостей неоребренной σ к.о и оребренной σ к.р поверхностей: , где σ к.о рассчитывается по формуле (9), но без учета оребренной поверхности; , Spi — площадь основания оребренной поверхности; N i — коэффициент, учитывающий ориентацию этой поверхности. 9. Рассчитываем перегрев корпуса блока РЭА во втором приближении Δ tк.о , (10) где К к.п – коэффициент, зависящий от коэффициента перфорации корпуса блока К п, К н1 – коэффициент, учитывающий атмосферное давление окружающей среды. Графики для определения коэффициентов К п и К н1 представлены на рис. 1.4 и 1.5. Коэффициент перфорации определяется как отношение площади перфорационных отверстий S п к сумме площадей верхней и нижней поверхности корпуса: . 10. Определяем ошибку расчета . (11)
Если δ ≤ 0, 1, то расчет можно считать законченным. В противном случае следует повторить расчет температуры корпуса для другого значения Δ tк, скорректированного в сторону Δ tк.о. 11. Рассчитываем температуру корпуса блока . (12) На этом 1-й этап расчета теплового режима блока РЭА окончен. Этап 2. Определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны 1. Вычисляем условную удельную поверхностную мощность нагретой зоны блока q 3: , (13) где Р з – мощность, рассеиваемая в нагретой зоне. В общем случае , где Р к – мощность, рассеиваемая в элементах, установленных непосредственно на корпус блока; в этом случае последний играет роль радиатора. 2. Из графика на рис. 6 находим в первом приближении перегрев нагретой зоны относительно температуры, окружающей блок среды Δ t3.
; ε 3i и S3i – степень черноты и площадь i-той поверхности нагретой зоны. 4. Для определяющей температуры и определяющего размера h i находим числа Грасгофа Gr hi и Прандтля Рг (формула (5) и табл. 3). 5. Рассчитываем коэффициенты конвективного теплообмена между нагретой зоной и корпусом для каждой поверхности: – для нижней поверхности ; – для верхней поверхности (15) для боковой поверхности – l m / h при ( Pr) £ 103; 0, 18 [6, 25-5, 25(1 + h s / )-5, 3] l m ( Pr)1/4 / h s при ( Pr) > 103.
6. Определяем тепловую проводимость между нагретой зоной и корпусом: , (16)
где Кσ – коэффициент, учитывающий кондуктивный теплообмен; (17) s – удельная тепловая проводимость от модулей к корпусу блока, зависит от усилия прижима ячеек к корпусу (рис. 1.7), при отсутствии прижима s = 240 Вт/(м2К); Sl – площадь контакта рамки модуля с корпусом блока. 7. Рассчитываем нагрев нагретой зоны Dtз.о во втором приближении: , (18) где Kw – коэффициент, учитывающий внутреннее перемешивание воздуха, зависит от производительности вентилятора С В (рис. 8); KН2 – коэффициент, учитывающий давление воздуха внутри блока (рис. 9). 8. Определяем ошибку расчета. . Если d< 0, 1, то расчет окончен. При d³ 0, 1 следует повторить расчет для скорректированного значения Dtз. 9. Рассчитываем температуру нагретой зоны . (19)
На этом 2-й этап расчета теплового режима блока РЭА заканчивается. Этап 3. Расчет температуры поверхности элемента Для определения температуры корпуса микросхемы, установленной в модуле 1-го уровня, операции выполняют в следующей последовательности. 1. Определяем эквивалентный коэффициент теплопроводности модуля, в котором расположена микросхема, для следующих вариантов: – при отсутствии теплопроводных шин lэкв = lп, где lп – теплопроводность материала основания платы; – при наличии теплопроводных шин (20) где lш – теплопроводность материала теплопроводной шины; V п – объем ПП с учетом объема теплопроводных шин; V ш – объем теплопроводных шин на ПП; А – поверхностный коэффициент заполнения платы модуля теплопроводными шинами: , – суммарная площадь, занимаемая теплопроводными шинами на ПП. В табл. 1.4 приведены теплофизические параметры некоторых материалов. Таблица 4
|