СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №2/2012

Тепловой режим аппаратуры опре деляется совокупностью температуры отдельных её точек, так называемым температурным полем. Если темпера тура в любой точке блока не выходит за допустимые пределы, то такой теп ловой режим является нормальным. В зависимости от стабильности во вре мени, тепловой режимможет быть ста ционарным (неизменным во времени) и нестационарным. Стационарный ре жим имеет место при одиночных и кратковременно повторяющихся теп ловых нагрузках. Перенос тепла от на гретых элементов происходит за счёт теплопроводности, конвекции и теп лового излучения. Учесть и рассчитать одновременно все виды теплообмена невозможно, и на практике расчёт про водится, как правило, для одного наи более эффективного вида теплообме на, другие во внимание не принима ются. Выбор конструкции (размеры, эле менты охлаждения, конструктивные элементы) блока определяется выде ляемым объёмом в общем конструк тиве, в который этот блок входит, и количеством теплоты, которое необ ходимо отвести, а также элементами теплоотвода. Охлаждение блока может осущест вляться несколькими способами: ● благодаря теплопроводности; ● воздушным охлаждением; ● жидкостным охлаждением; ● полупроводниковыми холодильни ками на основе элементов Пельтье. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 46 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2012 Эффективность систем охлаждения характеризуется коэффициентом теп лоотдачи, его значения для некоторых систем охлаждения приведены в таб лице. Так как тепловое излучение имеет небольшую величину и в процессе от вода тепла в блоке практически не участвует, этот вид охлаждения в дан ной статье рассматриваться не будет. Теплопроводность – это перенос тепловой энергии структурными час тицами вещества (молекулами, атома ми, ионами) в процессе их теплового движения. Теплопроводность подчи няется закону Фурье, который утверж дает, что количество тепла, проходя щее через тело в единицу времени, прямо пропорционально площади по перечного сечения, потоку тепла и температурному градиенту вдоль по тока. При передаче тепла через плоскую стенку толщиной b количество тепла, передаваемого за единицу времени че рез участок стенки площадью S , равно: Q = ( λ / b ) S ( t ct1 – t ct2 ) = S Φ, (1) где: t ст1 , t ст2 – постоянные во време ни температуры поверхностей стенок ( t ст1 – блока, t ст2 – радиатора), ° С; S – площадь, м 2 ; λ – константа. характери зующая теплопроводность материала; Φ – тепловой поток, Вт. Между контактирующими поверх ностями существует тепловое сопро тивление, равное: R c = b /( λ S ) = R т / S , (2) где R т – контактное тепловое сопро тивление, зависящее от сочетания материалов в тепловом контакте, удельной нагрузки и шероховатости поверхности контактной пары. Для удельной нагрузки 100 Н/см 2 и шеро ховатости R z = 20 контактное тепловое сопротивление равно: ● д л я конт а к т а спл а в Д16–Д16 : 0,25 см 2 /К Вт; ● для контакта сплав Д16–сталь: 1,2 см 2 /К Вт; ● для контакта металл–краска–металл: 20 см 2 /К Вт. Тепловые сопротивления образуют последовательную цепь: сопротивле ние между элементами ячеек и клино вой группой, между клиновой группой и направляющей блока, между корпу сом блока и радиатором (основанием), на котором он закреплён: . (3) На основе приведённых уравне ний составляется тепловая модель блока и вычисляется температура корпуса блока. После вычисления температуры корпуса блока выбира ется тип конструктива и способ съё ма тепла. На рис. 1 представлен блок вычис лительных средств мощностью 50 Вт. Охлаждение естественное, с помощью теплопроводности и конвекции. Съём тепла осуществляется за счёт массив ного основания, к которому прикреп лён блок, и потока приточного воздуха, омывающего блок с четырёх сторон. Для лучшего съёма тепла теплопровод ностью следует применить меры для исключения воздушных зазоров в мес тах тепловых контактов: уменьшить шероховатость, увеличить площадь контакта и давление соприкосно вения. Воздушное конвекционное охлаж дение может быть естественными при нудительным, т.е. с использованием элементов обдува. Из всех видов охлаждения оно наиболее простое, легко реализуемое и высокоэффек тивное. Эффективность основных систем охлаждения Охлаждение блоков обработки сигналов и информации Алексей Карих (Москва) В блоке элементы и детали размещаются с высокой плотностью в ограниченном объёме, что неизбежно влечёт за собой большое выделение тепла, и отвод тепла становится основной задачей при проектировании блока. В статье рассматриваются методы охлаждения конструкций блоков обработки информации и сигналов. Система охлаждения Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м °С) Естественная, воздушная, излучением 2…10 Принудительная воздушная 10…150 Естественная жидкостная 200…600 Принудительная жидкостная 300…3000 © СТА-ПРЕСС