Классификация РЭС. Условия эксплуатации РЭС. Конструктивное построение РЭС. Методы конструирования РЭС. Конструирование печатных плат. Сборка печатных узлов. Выбор системы охлаждения на начальной стадии конструирования. Сложный теплообмен, страница 8

Теплоносители могут быть:
При высокой температуре жидкий Ме – ртуть.
В области низких температур (ниже 200К)- органические жидкости,вода
При температуре ниже 200К – сглаженные газы (трубы-креагенные).

Тепловую трубу можно представить стержнем, имеющий высокий коэффициент теплопроводности. λ =10⁴ (Вт/м*к) КПД=90%

Креагенные трубы:

36
Закон излучения Планка устанавливает зависимость распределения энергии излучения абсолютно чёрного тела по длинам волн.

   []

Т- температура [К]

С1, C₂ –постоянное излучение Планка

λ- длина волны в метрах

Графически этот закон имеет вид:

Из графика следует: интенсивность излучения на определённой длине волны имеет максимальное значение. С увеличением Т этот максимум смещается в область коротких длин волн. Применяется для определения источников света.С помощью этого закона с помощью герометра определяется температура нагретых тел до 2000^оС, т.к. контактные методы после 2000^оС не применимы. Длину волны, которая соответствует максимальной интенсивности излучения определяют по зависимости: 

2,910^-3- постоянная Вина [Kм]

37
Закон Стефана-Больцмана определяет зависимость плотности излучения от температуры.

 

[E₀]=Вт/м² ; σ=5,6710^-8   [Вт/(м²К⁴] –постоянная излучения абсолютно чёрного тела

- закон Стефана Больцмана: энергия излучения абсолютно чёрного тела пропорциональна 4^й степени температуры

Для расчётов используется формула:

 С₀=σ10⁸=5,67 [Вт/(м²К⁴)]- коэффициент излучения абсолютного чёрного тела

Закон Стефана-Больцмана справедлив только для абсолютного чёрного тела. У реальных тел энергия излучения также пропорциональна 4^й степени температуры, но меньше энергии излучения абсолютного чёрного тела на некоторый коэффициент. Этот коэффициент называется коэффициентом черноты: он характеризует степень черноты тела. Степень черноты- отношение энергии, излучаемой реальным телом к энергии, излучаемой абсолютно чёрным телом при такой же температуры.

          - для реальных тел

0<С₀<5,68     

       

0<ε<1.  Ε зависит от природы тела, состояния поверхности и температуры.
  ε определяется экспериментально и для большинства материалов ε растёт с увеличением температуры. ε для металлов от 0,2…0,8;   для красок, лаков и эмали ε=0,3…0,96

38
Закон Кирхгофа: отношение излучающей способности Е_(λ,т) к поглощательной способности А_(λ,т) не зависит от природы излучающего тела, а зависит от λ и от абсолютной температуры тела T.

39

Т1>Т2.  Рассмотрим 2 тела(Т1 и Т2). Рассмотрим теплообмен между двумя плоскостями, т.е. размеры их >> чем расстояние между ними. Энергия, излучаемая 1 поверхностью также как и энергия 2 поверхности будет частично отражаться, частично поглощаться.

                                                                     Учитывая Т1>Т2 запишем:
                                                                                                   

А₁=Е₁; А₂=Е₂ –из закона Кирхгофа

Е₁ и Е₂ –излучающие энергии 1 и 2 поверхностью

Е_1эф и Е_2эф- эффективные излучающие энергии 1 и 2 поверхностью с учётом взаимного влияния

А₁ и А₂ поглощающая энергия 1 и 2 поверхности

q₁₂-результирующий тепловой поток

Из закона Стефана-Больцмана:

ε_п- приведённая степень черноты

Когда ε>0,8 : ε_п=ε₁ ε₂

или

P_1,2= α_л(T₁-T₂)S

α_л- коэффициент теплоотдачи излучения: показывает теплоотдачу излучения от 1 поверхности во 2 в единицу времени при разности температур в 1^оС

f- функция(температурная)

40
Структура конструкции РЭС в значительной степени определяется способом охлаждения.  Поэтому на 1 стадии конструирования следует выбрать способ охлаждения.  Для этой цели построены специальные диаграммы, которые определяют зависимость q_s от допустимого перегрева конструкции .

Для того, чтобы пользоваться диаграммой необходимо рассчитать величины q_s и ∆t.

К_р- коэффициент, учитывающий давление окружающей среды

S_k- площадь поверхности теплообмена

q_к- плотность теплого потока, коэффициент рассеивания конструирования

t_c- температура среды

t_элем.min- минимальная рабочая        температура.

На пересечении находим область (50^о; 3,75)- область 4

Каждая из областей соответствует одному или нескольким способам охлаждения. Диаграмма разделена на 2 части: верхняя- для теплонагруженных крупногабаритных углов, нижняя- для деталей.

Данные для расчёта q_s и ∆t приводятся в ТЗ на разрабатываемый прибор.

S_k=2 

К_з- коэффициент заполнения объёма

V_i- объём аппаратуры

V- объём блока

41
Это одновременно протекающий процесс за счет теплопроводности. конвенции, излучения. Для практических цепей разделять такой процесс на составляющие нет необходимости и обычно совокупность действий отдельных процессов соотносят к 1 из 3 вносящих наибольший вклад в теплообмен. При этом влияние отдельных видов подсчитывают путем повышения теплопроводности.

Для этого случая основным процессом является передача тепла конвенцией. Для такого случая считают суммарный коэффициент теплопередачи. λ_∑ = λ _{л +} λ _к .

Рассчитаем плотность теплового потока при конвекции: q _к = λ _к (t _n-t _с); Далее рассчитаем q _лучев : q_л =ξ _п C₀((t _п/100)⁴-                   -(t _с/100)⁴)

Далее находят суммарную плотность теплового потока:   q _∑ = q _{л +} q _к

И затем определяют Р _к ,которое вносит наибольший вклад в теплопередачу.

Определение λ _{л +} λ _к по номограммам. Установлена взаимосвязь λ _л  и  λ _к и параметрами конструкции. Приведем номограмму  λ _к для условия естественной конвекции в неограниченном пространстве.

Для определения λ _к необходимо:

1)  Задать(знать) перегрев Δt=t₁(тела)-t₂(окр.среды)

2)  Определяется средняя t: t_ср=0.5(t₁+t₂)

3)  Определяется определенный параметр (размер) L: (S/6)^1/2

4)  Переход к номограмме
Определение по номограмме λ _л  

Соединяем t₁ и t₂ и на продолжительной прямой считаем  λ _л .

Если ξ отличается от 0.8 , то λ _л рассчитываем с учетом

   λ _л = λ _лн (ξ / ξ _н)