Конструювання обчислювальної техніки (стр. 5 из 14)

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.

1. Нехай Lmin=Lx. Тоді

, . Якщо при цьому виконується умова Lx<L1 та Lx<L2, то дійсно Lmin=Lx, а λmin= λx. Якщо ця умова не виконується, то пошук продовжується.

2. Нехай тепер Lmin=Ly. Тоді

, . Якщо при цьому виконується умова Ly<L1 та Ly<L2, то дійсно Lmin=Ly, а λmin= λy. Якщо ж умова знову не виконується, то Lmin=Lzі λmin= λz.

Тепер можна визначити й коефіцієнт С, який є функцією

.

Цю функцію реалізовано у вигляді системи графіків (рис.1.14). Визначивши значення Lmin/L1 та Lmin/L2, знайдемо на відповідній кривій точку Lmin/L2 з абсцисою Lmin/L1. Ордината цієї точки є значенням коефіцієнта С.

Задача визначення коефіцієнта С для РЕЗ з горизонтальним шассі набагато простіша. Нагріта зона в цьому випадку ізотропне тіло, у якого λx=λy=λz=λ=λmin. Розмір Lmin визначається як мінімальний з трьох розмірів {Lx, Ly, Lz}. Значення С знаходимо за допомогою графіків (рис.1.14).

Рис.1.14. Графік для визначення коефіцієнта С

1.9.5 Температура в довільній точці

Щоб визначити температуру довільної точки В нагрітої зони потрібно з центру О нагрітої зони через точку В провести промінь до перетину з поверхнею нагрітої зони в точці А (рис.1.15).

Рис.1.15. Температура довільної точки

Температуру на кінцях відрізка АВ вважаємо визначеною. Приймаємо, що вздовж цього відрізка температура змінюється лінійно. Тоді температура в точці В

. (1.36)

1.10 Типові теплові моделі РЕЗ

Теплові процеси в РЕЗ досить складні і тому піддаються лише наближеному математичному опису. Теплова модель повинна бути якомога простішою, але при цьому вона повинна відображати найбільш суттєві теплові властивості конструкції РЕЗ. Велику різноманітність теплових моделей можна звести до двох типів:

1) моделі, що мають виділену нагріту зону, поверхня якої є ізотерма. Такі моделі відповідають або апаратам з відносно великими деталями на шасі (рис. 1.16, а), або апаратам з великим проміжком (рис. 1.16, б).

2) моделі, весь об’єм яких є умовна теплова зона. Відповідають апаратам з щільним компонуванням. Сукупність касет ідеалізується як однорідне тіло з теплопровідностями

(рис. 1.16, в).

Рис. 1.16. Типи теплових моделей

На базі цих двох основних типів моделей описуються певні теплові процеси в залежності від того, яка система забезпечення теплового режиму використовується.

Нормальний тепловий режим РЕЗ забезпечується спеціальними пристроями – системами забезпечення теплового режиму (СЗТР). СЗТР підрозділяються на дві великі групи – системи охолодження (СО) та системи термостабілізації (СТ). Системи охолодження можуть мати загальне або локальне призначення. Розглянемо способи охолодження РЕЗ, що визначають основні типи СО [1-8].

Вільне повітряне охолодження. Цей спосіб не потребує спеціальних пристроїв, найбільш простий, економний і надійний, бо не потребує додаткової енергії. Розрізняють дві основні схеми вільного повітряного охолодження РЕЗ: герметичні РЕЗ ( рис. 1.16) та перфоровані РЕЗ (рис. 1.17).

а) б)

Рис. 1.17 Схема повітряного охолодження

Примусове повітряне охолодження. Цей спосіб одержав найбільше розповсюдження. Це пояснюється багатьма причинами, найважливіші з яких – доступний і дешевий теплоносій, відносна простота конструкції вентилятора і повітропроводів. Недоліками систем примусового повітряного охолодження є наявність акустичних шумів і вібрацій, зниження надійності виробу, збільшення його об’єму, маси, додаткової енергії на охолодження.

На практиці застосовують три схеми примусового повітряного охолодження: приточна (рис. 1.18, а), витяжна (рис. 1.18, б) та приточно-витяжна (рис. 1.18, в).

Рис. 1.18 Система примусового повітряного охолодження

Існує багато конструктивних рішень примусового повітряного охолодження. Широко застосовуються схеми локального повітряного охолодження. На рис. 1.19 зображена схема локального охолодження потужних інтегральних схем (ІС), що встановлені на платі.

Рис. 1.19. Локальне примусове повітряне охолодження

На рис. 1.20 зображена конструкція касетного примусового повітряного охолодження. Система має повітровід, з обох сторін якого приклеєні друковані вузли з інтегральними схемами. Тепловий потік від корпуса ІС і стінки повітроводу переноситься повітрям. Один із способів інтенсифікації конвективної тепловіддачі в умовах примусового повітряного охолодження – турбулізації повітряного потоку з допомогою спеціальних пристроїв.

Рис.1.20. Касетне примусове повітряне охолодження

Кондуктивні системи охолодження. Кондукція як механізм переносу теплової енергії відіграє важливу роль в усіх схемах охолодження. В кондуктивних СО теплопровідність є основним механізмом передачі теплової енергії від джерела до теплообмінних пристроїв. Приклад використання кондуктивних теплопотоків показаний на рис. 1.21.

Рис. 1.21. Кондуктивне охолодження ІС

Рідинні системи охолодження. Рідина може бути більш ефективним теплоносієм, ніж повітря. Рідинні СО, як і повітряні, конструктивно різноманітні і багато в чому подібні.

Випарні системи охолодження. Рідини, що випаровуються в спеціальних системах, забезпечують найбільш інтенсивне охолодження РЕЗ. Але цей спосіб конструктивно найбільш складний і дорогий.

Теплообмінні пристрої. Це пристрої, в яких теплова енергія передається від одного теплоносія до другого через стінку, яка їх розділяє. Найбільш розповсюдженим є кожухотрубні (рис. 1.22, а) та компактні теплообмінники (рис. 1.22, б). В якості теплоносія в них можуть застосовуватись різні комбінації газів, парів та рідин.

а) б)

Рис. 1.22. Теплообмінники

Радіатори. Радіатор є засобом підвищення тепловіддачі з елемента, що виділяє тепло. Кількість тепла, що віддається в цьому випадку в середовище зростає найчастіше за рахунок збільшення поверхні теплообміну. Застосовуються різноманітні конструкції радіаторів: в вигляді пластини, ребер, штирів тощо. Різноманітність конструкцій радіаторів зумовлена як різними вимогами до них, так і різноманітністю умов їх застосування.