ЭПИЦЕНТР
Apicentr.ru
Актуальные статьи
ПОИСК  
ГЛАВНАЯ
О сайте
Новости
ВАК России
Книги
Горячие новинки
Обучение
Статьи
Карта Yandex


БИБЛИОТЕКА
Измерит. системы
Информац. теория
Моделирование
Цифровые системы
Программирование
С А П Р
Проектир. в Matlab
Проектир. в ECO
Безопасность
Датчики
Контроллеры
"Электроприбор"
Веб-дизайн

РЕГИОНАЛЬНЫЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР

Расчет теплового режима электронного блока

Жесткий тепловой режим электронного блока требует применения теплоотводящих и теплопроводящих элементов, иногда принудительного охлаждения (вентиляция, жидкостное охлаждение, тепловые трубки), а иногда принудительного подогрева (для стабилизации температурного режима).
Для расчета теплового режима электронного блока используется программа HEAT. Это программа расчета распределения температуры в прямоугольной конструкции, в которой размещено несколько источников тепла. Она решает уравнения передачи теплоты в частных производных итерационным методом до достижения заданной точности.
Программа организована для решения оптимизационной задачи теплового режима. Для организации оптимизационного режима используется принятие решения об окончании опти-мизации конструктором-разработчиком, использующим программу.
В качестве исходных данных задается предельная температура на плате - tm, и температура среды - tc.
При запуске программы запрашивается, из какого материала предполагается изготовить теплоотвод (алюминий, медь, латунь, мягкая сталь и др.), какой коэффициент чистоты материала, и сколько поверхностей будут излучать тепло (в комплексе это коэффициент теплоотдачи).
У односторонних теплоотводов (например, задняя стенка прибора без вентиляционных отверстий) с чернением и "средней" чистотой обработки поверхности этот коэффициент полагают равным единице. У теплоотводов с грубой обработкой поверхности он вдвое больше, а с полированной вдвое меньше.
Если число излучающих поверхностей две, то указанные значения коэффициентов надо удвоить.
Затем вводят данные о местоположении и мощности активного элемента. Разделив ширину пластины например на 3, а длину на 5 равных частей, разбивают всю поверхность на 15 условных квадратов (отсчет ведут от верхнего левого угла слева направо). Источники тепла предполагаются в центрах соответствующих квадратов.
Программа запрашивает размеры теплоотвода и рассчитывает распределение температуры поверхности пластины.
Результатом расчета являются 2 таблицы на экране дисплея и в результирующем файле. Первая таблица о пространственном распределении источников тепла, вторая о температуре квадратов поверхности.
Сетку разбиения поверхности на квадраты можно менять. При принятой сетке 3 х 5 расчет на ПЭВМ IBM/PC занимает примерно полминуты. Точность расчетных данных температуры достаточно высока, отклонения реальной температуры на пластине от расчетной не превышает одного градуса.
При расчете теплового режима платы и в целом ЦВУ можно использовать метод конечных разностей по аналогии с электрическими цепями. Вводится понятие теплового сопротивления Rt=dt/P.
Потку теплоты (P) в единицу времени ставится в соответствие ток в электрической цепи, разности температур (dt) в разных точках конструкции - разность потенциалов.
Различают тепловое сопротивление излучения
   R=(t1-t2)/(e*Co*S[(t1/100)^4-(t2/100)^4])
- сопротивление теплопроводности (кондуктивное тепловое сопротивление)
    Rт = b/(LSконд)
- конвективное тепловое сопротивление
    Rт = 1/(cW)
Мощность теплового потока Р, излучаемого телом с поверхности излучения S имеет вид
   R=e*Co*S[(t1/100)^4-(t2/100)^4])
где е - степень черноты поверхности излучения (см. табл.3); Co = 5,67 Вт/(м2K4) - коэффициент излучения абсолютно черного тела; S - площадь поверхности излучения; t1, t2 - температура поверхности тела и окружающей среды соответственно.
Передача теплоты теплопроводностью определяется в виде:
    P = (LSконд/b)(t1--t2),
где b - толщина материала между точками с температурой t1, t2; L - теплопроводность материа-ла (см. табл.4); Поток теплоты отводимой конвекцией от нагретого тела определяется в виде
    P = cW(t1- t2),
Конструкцию разделяют на рад частей, предполагая, что каждая часть имеет некоторую среднюю температуру tj, одинаковую во всех ее точках. С целью анализа температур и тепло-вых потоков в конструкции составляется расчетная тепловая схема. Узлы соединяются соот-ветствующими тепловыми сопротивлениями.
При выборе способа охлаждения учитывают, что конвективное сопротивление при ес-тественном воздушном охлаждении лежит в пределах 10 - 0,2oC /Вт, при принудительном воз-душном охлаждении 1- 0,05oC /Вт, при принудительном жидкостном охлаждении 0,1-0,02oC /Вт.
Теплопроводность конструкции повышается за счет использования медных или алюми-ниевых теплопроводящих шин, металлических рамок в ячейках, металлических плат (сталь, покрытая эмалью, анодированный алюминий), многослойных керамических плат, изготовленных по толстопленочной технологии, тепловых разъемов и установочных клиньев для ячеек, теплопроводящих паст, клеев.
Интенсивность теплообмена при естественном охлаждении увеличивается при опти-мальном расположении элементов, перфорации кожуха, применении тепловых экранов, ореб-рении отдельных поверхностей использовании теплопроводящих шин, соответствующей окраске.
При принудительном воздушном охлаждении используют перемешивание воздуха внутри блока, наружный обдув, продувка.
Расчет теплоотводов на компьютере. Программа расчета распределения температуры в тонкой прямоугольной пластине, на которой размещено несколько источников тепла, состав-лена на языке Паскаль и названа HEAT.exe. Программа решает уравнения передачи теплоты итерационным методом до достижения заданной точности [20].
При запуске программы компьютер запрашивает, из какого материала предполагается изготовить теплоотвод (алюминий, медь, латунь, мягкая сталь и др.), какой коэффициент чис-тоты материала, и сколько поверхностей будут излучать тепло (в комплексе это коэффициент теплоотдачи).
У односторонних теплоотводов (например, задняя стенка прибора без вентиляционных отверстий) с чернением и "средней" чистотой обработки поверхности этот коэффициент пола-гают равным единице. У теплоотводов с грубой обработкой поверхности он вдвое больше, а с полированной вдвое меньше. Если число излучающих поверхностей две, то указанные значе-ния коэффициентов надо удвоить.
Затем вводят данные о местоположении и мощности активного элемента. Разделив ши-рину пластины например на 3, а длину на 5 равных частей, разбивают всю поверхность на 15 условных квадратов (отсчет ведут от верхнего левого угла слева направо). Источники тепла предполагаются в центрах соответствующих квадратов.
Компьютер запрашивает размеры теплоотвода и рассчитывает распределение темпера-туры поверхности пластины. См. диалоговое окно прогаммы на рисунке

Диалоговое окно прогаммы Heat

Результатом расчета являются таблицы, записываемые во внешний текстовый файл. Первая таблица о пространственном распределении источников тепла, вторая о температуре квадратов поверхности.
Сетку разбиения поверхности на квадраты можно менять. Точность расчетных данных температуры достаточно высока, отклонения реальной температуры на пластине от расчетной не превышает одного градуса.
Расчет с помощью данной программы выполняется следующим образом. В диалоговом окне выдается информация об используемом материале теплоотвода в виде таблицы 5:
Таблица 5. Материал теплоотвода
1. Алюминий    0.230,   2.7
2. Медь    0.377,   8.9
3. Латунь    0.112   8.3
4. Сталь    0.052   7.8
5. Фольг.Текст.    0.037,   1.6
6. Текстолит     0.007,    1.5
ВЫБЕРИТЕ МАТЕРИАЛ (1-6): 3
Также в диалоговом окне выдается информация о коэффициентах теплоотдачи, которые можно получить при различных способах охлаждения и запрашивается ввод выбранного коэффициента (при условии реализации данного способа охлаждения). Это представлено в виде таблицы 6.

Таблица 6. Материал теплоотвода
1. Алюминий   0.230,   2.7     КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ:
2. Медь    0.377,   8.9   0.1 - изолир.плата в герметичн.корп
3. Латунь   0.112    8.3    0.5 - одностор.теплоотв.полир.повер
4. Сталь    0.052   7.8    1.0 - одностор.теплоотв.средн.повер
5. Фольг.Текст.   0.037,   1.6    2.0 - одностор.теплоотв.груб. повер
6. Текстолит   0.007,   1.5    1.0 - двустор. теплоотв.полир.повер

Также в диалоговом окне предлагается выбрать количество строк и колонок при разбие-нии платы на условные квадраты и предлагается ввести размеры платы. Следующим этапом запрашивается запрашивается местоположения и мощность источников тепла в ваттах (только при попытке выполнения расчета). Затем решается итерационная задача определения распределения температур на теплоот-воде до достижения заданной точности расчета (0,5 град). Производится фаторизация якобиа-на и решение дифференциальных уравнений в частных производных.
После выполнения расчетов результаты записываются в файл HEAT.txt с целью их дальнейшего анализа и документирования. Копия данных файла представлена на рисунке.


Рисунок. Скрин-копия экрана результатов расчета

Более подробную документацию по расчету теплового режима можно посмотреть в формате PDF
Программу HEAT можно скачать Здесь


На главную
Обратная связь
БЛОГ
Лучшие работы


ТЕХНОЛОГИЯ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

РЕКОМЕНДУЕМ:
Скачать Прогр. HEAT по расч. тепл.режима эл-го блока

Скачать Документ. по расч.тепл.режима
ПОЛУЧИТЬ:
Ед. физ.величин в науке и техн.. Спр-к

Библ.ссылка. Правила. - Нац.стандарт РФ
© Copyright 2006. Apicentr
Рейтинг