Конструювання обчислювальної техніки (стр. 4 из 14)
.Отже:
.Теплова потужність при конвективній тепловіддачі
.1.6.3 Вільна конвекція в обмеженому просторі
Мова йде про тонкий повітряний прошарок, що розміщений між двома близько розташованими площинами (рис.1.8). Складний процес в обмеженому замкнутому просторі прийнято розглядати по аналогії з передачею тепла кондуктивним способом. Це дозволяє уникнути визначення коефіцієнтів конвективної тепловіддачі. У зв’язку з цим користуються ефективним коефіцієнтом тепловіддачі.
У випадку, коли товщина прошарку набагато менша розмірів l1 та l2 (δ<<{l1, l2}), ефективний коефіцієнт тепловіддачі визначається формулою:
.  |
Рис.1.8. Тонкий повітряний прошарок
Для повітряних прошарків добуток a2∙λ в широкому діапазоні температур залишається практично сталим і рівним 0,45. Тому:
. (1.23)У випадку, коли товщина прошарку δ співрозмірна з розмірами l1 та l2 (δ<{l1, l2}), ефективний коефіцієнт тепловіддачі прошарку визначається формулою
, (1.24)де
, 
(1.25)Значення В вибирається для середньої температури згідно таблиці 1.3.
Таблиця 1.3.
Значення коефіцієнта В
 | 0 | 50 | 100 | 200 |
| B | 0,63 | 0,58 | 0,56 | 0,44 |
1.6.4 Конвективний теплообмін при довільному тиску
Досі в усіх формулах передбачалося, що тиск середовища нормальний, тобто
Па (760 мм. рт. ст.) Насправді, тиск впливає на значення коефіцієнта тепловіддачі. Якщо 
, то 
або 
, (1.26)де n – ступінь закону теплообміну (n=0, n=1/8, n=1/4, n=1/3).
Отже, вплив тиску можна врахувати після того, як визначені коефіцієнти конвективної тепловіддачі при нормальному тиску.
1.7 Передача теплової енергії випромінюванням
Будь-яке тіло випромінює світлову енергію у вигляді електромагнітних хвиль широкого частотного спектру. Має місце формула:
, (1.27)де αВ - коефіцієнт теплопередачі випромінювання.
, (1.28)де
- приведена ступінь чорноти; 
- кутовий коефіцієнт, що показує, яка частина випромінюваної енергії тіла i попадає на тіло j. В багатьох задачах, що стосуються радіоелектронних виробів, можна прийняти 
; f(ti, tj) - функція температур першої поверхні i та другої поверхні j. Згідно закону Стефана-Больцмана значення цієї функції можна обчислити за формулою 
, (1.29)де с0 - стала Больцмана, с0 = 5,67
.Значення функції f(ti, tj) зручно визначати з допомогою спеціальної таблиці. Потрібно знати, що при підвищенні температури доля теплової енергії, що випромінюється, збільшується і перевищує конвективну складову.
1.8 Складний теплообмін
Незалежно від виду теплообміну використовується одна розрахункова формула:
. (1.30)Індекс m вказує на механізм переносу тепла: при індукції m≡т, при конвективному теплообміні m≡к та m≡в при випромінюванні. Тому в загальному випадку при наявності всіх трьох теплових процесів
. (1.31)Вважаємо, що всі три види теплових процесів протікають паралельно і незалежно.
1.9 Теплові режими РЕЗ
1.9.1 Нагрівання тіла зовнішнім середовищем
Будемо розрізняти два типи температурних режимів:
1) стаціонарний – при якому температурне поле РЕЗ не змінюється з часом τ;
2) нестаціонарний – поле РЕЗ змінюється з часом.
Нехай в тілі довільної форми температура всіх точок однакова. Внутрішні джерела енергії відсутні. Тіло з температурою
переноситься в середовище з температурою 
.Різниця температури тіла і температури середовища змінюється з часом по експоненційному закону (рис.1.9)
 |  |
а) б)
Рис.1.9. Графік зміни температури при tc=const, Ф=0
Має місце залежність:
, (1.32)де m0 – деяка стала, яку називають темпом охолодження або нагрівання тіла, 1/c.
При
, тобто існує сталий режим, який називається регулярним режимом першого роду. З деякого часу 
значення 
і режим стає практично сталим.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).