Дипломная работа: Конструювання обчислювальної техніки

1.9.2 Нагрівання тіла внутрішнім джерелом енергії

Нехай елементи РЕЗ виділяють тепло, яке утворює тепловий потік потужністю Ф, . При наступає стаціонарний режим (рис.1.10). Температура тіла стає рівною

,

де .

Має місце формула аналогічна формулі (1.32):

. (1.33)

а) б)

Рис.1.10. Графік зміни температури при tc=const, Ф=const

1.9.3 Розрахунок температури корпуса та нагрітої зони

Середній тепловий потік Ф, що проходить через корпус в оточуюче середовище, практично дорівнює потужності Р, яку споживає електронний пристрій і яка задана. При цьому відомою вважаємо температуру середовища tc, а потрібно знайти температуру корпусу tк. Перегрів корпус – середовище відповідає потоку Ф згідно формули

. (1.34)

Поверхня корпуса приймається ізотермічною поверхнею і тому процес випромінювання однаковий по всій поверхні корпуса площею А. Конвективна тепловіддача здійснюється по різному через бокові грані площею Аб, кришку і дно площею Ак. Перегрів θкс – величина невідома. Коефіцієнт тепловіддачі можна визначити, якщо заданий перегрів θкс. Отже температуру корпусу tk можна визначити, якщо знайти перегрів θКС. Значення θКС шукають з допомогою теплової характеристики Ф=Ф(θКС), яку попередньо треба побудувати. Графік Ф(θКС) проходить через початок координат: Ф(0)=0. Для побудови графіка (рис.1.11) знаходимо ще дві точки, бо графік дещо відрізняється від лінійного. Спочатку задаємось значенням перегріву θ1. Тоді згідно формули (1.34) можемо знайти значення теплового потоку Ф1, який для даного РЕЗ може забезпечити цей перегрів θ1. Значення θ1 та Ф1 визначить точку 1 теплової характеристики. Задавшись значенням θ2 та повторивши розрахунки для визначення Ф2, знайдемо точку 2. Звичайно графік теплової характеристики будується на міліметровому папері в масштабі по координатним осям. Оскільки задана потужність Р, яку споживає РЕЗ, то з допомогою графіка знаходимо справжній перегрів θКС. Після цього знаходимо температуру корпуса

.

Рис.1.11. Теплова характеристика корпус-середовище

Знаючи температуру корпуса tK можна перейти до визначення температури нагрітої зони tS. Нагріта зона – простір, обмежений умовною ізотермічною поверхнею, яка зміщена в середину корпуса на певну відстань. Товщина повітряного прошарку δ між корпусом і поверхнею нагрітої зони задається в залежності від типу теплової моделі РЕЗ. На рис.1.12, а зображена нагріта зона герметичного РЕЗ з горизонтальним шассі. Нагріті елементи, що змонтовані на шассі, утворюють нагріту зону. Температура поверхні нагрітої зони tS. Тепловіддача від нагрітої зони до корпусу здійснюється через прошарок. Товщина прошарків h1 і h2 співрозмірна з розмірами нагрітої зони, тому ефективні коефіцієнти тепловіддачі визначаються за формулою (1.24).

Для РЕЗ касетного типу (рис.1.12, б) нагріта зона з корпусом утворює тонкі прошарки товщиною δ. Тому ефективні коефіцієнти тепловіддачі визначаються за формулою (1.23).

а)

б)

Рис.1.12. Нагріта зона РЕЗ з горизонтальним шассі (а) та касетного типу (б)

Температура поверхні нагрітої зони tS визначається з допомогою теплової характеристики зона – корпус. Ця теплова характеристика знаходиться аналогічно тепловій характеристиці корпус – середовище згідно формулі (1.34). В результаті знаходиться перегрів θSK і визначається температура нагрітої зони tS = tK - θSK.

1.9.4 Максимальна температура РЕЗ

Дуже важливо знайти саме максимальну температуру нагрітої зони. Припускаємо, що джерела теплової енергії розподілені в нагрітій зоні рівномірно по всьому об’єму. Це припущення дозволяє вважати, що максимальною є температура в центрі нагрітої зони, тобто в центрі паралелепіпеда.

Максимальна температура визначається формулою

, (1.35)

де V - об’єм нагрітої зони, V = LxLyLz(рис.1.13);

С - безрозмірний коефіцієнт.

Формулу (1.35) розглянемо спочатку для РЕЗ касетного типу. Нагріта зона апаратів цього типу вважається анізотропним тілом з різними теплопровідностями вздовж координатних осей: λx, λy, λz.

Рис.1.13. Нагріта зона

Значення Lmin та λmin визначаються особливим чином. Дамо алгоритм пошуку Lmin, який є одним з розмірів L1, L2 чи h.