Степень черноты различных поверхностей

Материал	ε	Материал	ε
Алюминий полированный	0, 05	Муар	0, 9
Алюминий окисленный	0, 25	Масляные краски	0, 92
Алюминий грубополированный	0, 18	Никель полированный	0, 08
Алюминиевая фольга	0, 09	Олово (луженое кровельное железо)	0, 08
Асбестовый картон	0, 96	Платина	0, 1
Бронза полированная	0, 16	Резина твердая	0, 95
Бумага	0, 92	Резина мягкая	0, 86
Вольфрам	0, 05	Серебро полированное	0, 05
Графит	0, 75	Сталь никелированная	0, 11
Дюралюминий (Д16)	0, 39	Сталь окисленная	0, 8
Железо полированное	0, 26	Стальное литье	0, 54
Золото	0, 10	Саиса	0, 96
Ковар	0, 82	Стекло	0, 92
Краски эмалевые	0, 92	Силумин	0, 25
Лак	0, 88	Титан	0, 63
Латунь полированная	0, 03	Фарфор	0, 92
Латунь прокатная	0, 20	Хром полированный	0, 10
Медь полированная	0, 02	Цинк	0, 25
Медь окисленная	0, 65	Щеллак черный матовый	0, 91

4. Для определяющей температуры рассчитываем число Грасгофа Gr для каждой поверхности корпуса:

, (1.5) (5)

 

где L _{опр. I} – определяющий размер i-той поверхности корпуса; – коэффициент объемного расширения, для газов ; g – ускорение свободного падения, g = 9, 8 м с^-1, ν _m – кинетическая вязкость газа, для воздуха определяется из табл. 3. Индекс m означает, что все параметры соответствуют определяющей температуре t _m.

Таблица 3

Теплофизические параметры сухого воздуха при давлении 101, 3-10⁵ Па

t m, Co	λ m102, Вт/(м•К)	ν m•106 м2/c	Pr	ρ, кг/м3	t m, Co	λ m102, Вт/(м•К)	ν m•106 м2/c·	Pr	ρ, кг/м3
-50	2, 04	9, 23	0, 728	1, 584		2, 83	17, 95	0, 698	1, 093
-20	2, 28	12, 79	0, 716	1, 390		2, 90	18, 97	0, 696	1, 090
	2, 44	13, 28	0, 707	1, 295		2, 97	20, 02	0, 694	1, 029
	2, 51	14, 16	0, 705	1, 247		3, 05	21, 09	0, 692	1, 000
	2, 60	15, 06	0, 703	1, 205		3, 13	22, 10	0, 690	0, 972
	2, 68	16, 00	0, 701	1, 165		3, 21	23, 13	0, 688	0, 946
	2, 76	16, 96	0, 699	1, 128		3, 34	25, 45	0, 686	0, 898

 

5. Находим число Прандтля Pr из табл. 2 для определяющей температуры t _m.

6. Находим режим движения газа или жидкости, обтекающих каждую поверхность корпуса:

(GrPr)_m≤ 5 • 10² — режим переходный к ламинарному; 5 • 10²< (GrPr)_m≤ 2•10⁷ – ламинарный режим; (GrPr)_m> 2•10⁷ – турбулентный режим.

7. Рассчитываем коэффициенты теплообмена конвекцией для каждой поверхности корпуса блока α _кi:

для переходного режима

, (6)

для ламинарного режима

, (7)

для турбулентного режима

, (8)

где λ _m – теплопроводность газа, для воздуха значения λ _m приведены в табл. 1.3; N _i – коэффициент, учитывающий ориентацию поверхности корпуса;

 

 

 

8. Определяем тепловую проводимость между поверхностью корпуса и окружающей средой σ _к:

, (9)

где S_н, S_б, S_в – площади нижней, боковой и верхней поверхностей корпуса соответственно.

.

Встречаются блоки РЭА с оребренными поверхностями. В этом случае необходимо определить эффективный коэффициент теплообмена оребренной i-й поверхности α _эфi, который зависит от конструкции ребер и перегрева корпуса относительно окружающей среды. Определение α _эфi. производится точно так же, как при расчете радиатора, методика которого приведена на с. 14.

Определив эффективный коэффициент теплообмена α _эфi, переходят к расчету тепловой проводимости всего корпуса σ _к, которая состоит из суммы проводимостей неоребренной σ _к.о и оребренной σ _к.р поверхностей:

,

где σ _к.о рассчитывается по формуле (9), но без учета оребренной поверхности;

, S_pi — площадь основания оребренной поверхности; N _i — коэффициент, учитывающий ориентацию этой поверхности.

9. Рассчитываем перегрев корпуса блока РЭА во втором приближении Δ t_к.о

, (10)

где К _к.п – коэффициент, зависящий от коэффициента перфорации корпуса блока К _п, К _н1 – коэффициент, учитывающий атмосферное давление окружающей среды. Графики для определения коэффициентов К _п и К _н1 представлены на рис. 1.4 и 1.5. Коэффициент перфорации определяется как отношение площади перфорационных отверстий S п к сумме площадей верхней и нижней поверхности корпуса:

.

10. Определяем ошибку расчета

. (11)

 

Если δ ≤ 0, 1, то расчет можно считать законченным. В противном случае следует повторить расчет температуры корпуса для другого значения Δ t_к, скорректированного в сторону Δ t_к.о.

11. Рассчитываем температуру корпуса блока

. (12)

На этом 1-й этап расчета теплового режима блока РЭА окончен.

Этап 2. Определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны

1. Вычисляем условную удельную поверхностную мощность нагретой зоны

блока q ₃:

, (13)

где Р з – мощность, рассеиваемая в нагретой зоне. В общем случае , где Р _к – мощность, рассеиваемая в элементах, установленных непосредственно на корпус блока; в этом случае последний играет роль радиатора.

2. Из графика на рис. 6 находим в первом приближении перегрев нагретой зоны относительно температуры, окружающей блок среды Δ t₃.

 

Рис. 1.4. Зависимость коэффициента Кк.п от коэффициента перфорации корпуса блока	Рис. 1.5. Зависимость коэффициента Кн1 от атмосферного давления окружающей среды

;

ε _3i и S_3i – степень черноты и площадь i-той поверхности нагретой зоны.

4. Для определяющей температуры и определяющего размера h _i находим числа Грасгофа Gr h_i и Прандтля Рг (формула (5) и табл. 3).

5. Рассчитываем коэффициенты конвективного теплообмена между нагретой зоной и корпусом для каждой поверхности:

– для нижней поверхности

;

– для верхней поверхности

(15)

для боковой поверхности

– l _m / h при ( Pr) £ 10³;

0, 18 [6, 25-5, 25(1 + h _s / )^{-5, 3}] l _m ( Pr)^1/4 / h _s при ( Pr) > 10³.

Рис. 6. Зависимость перегрева нагретой зоны от удельной поверхности мощности	Рис. 7. Зависимость удельной тепловой проводимости от усилия прижима модулей к корпусу: 1 – контакт медной ячейки с алюминиевым корпусом; 2 – контакт алюминий – алюминий

 

 

6. Определяем тепловую проводимость между нагретой зоной и корпусом:

, (16)

 

где К_σ – коэффициент, учитывающий кондуктивный теплообмен;

(17)

s – удельная тепловая проводимость от модулей к корпусу блока, зависит от усилия прижима ячеек к корпусу (рис. 1.7), при отсутствии прижима s = 240 Вт/(м²К); S_l – площадь контакта рамки модуля с корпусом блока.

7. Рассчитываем нагрев нагретой зоны Dt_з.о во втором приближении:

, (18)

где K_w – коэффициент, учитывающий внутреннее перемешивание воздуха, зависит от производительности вентилятора С _В (рис. 8); K_Н2 – коэффициент, учитывающий давление воздуха внутри блока (рис. 9).

8. Определяем ошибку расчета.

. Если d< 0, 1, то расчет окончен. При d³ 0, 1 следует повторить расчет для скорректированного значения Dt_з.

9. Рассчитываем температуру нагретой зоны

. (19)

 

Рис. 8. Зависимость коэффициента Kw от кратности обмена воздуха в блоке	Рис. 1.9. Зависимость коэффициента KН2 от давления воздуха внутри блока

 

На этом 2-й этап расчета теплового режима блока РЭА заканчивается.

Этап 3. Расчет температуры поверхности элемента

Для определения температуры корпуса микросхемы, установленной в модуле 1-го уровня, операции выполняют в следующей последовательности.

1. Определяем эквивалентный коэффициент теплопроводности модуля, в котором расположена микросхема, для следующих вариантов:

– при отсутствии теплопроводных шин lэкв = lп, где lп – теплопроводность материала основания платы;

– при наличии теплопроводных шин

(20)

где lш – теплопроводность материала теплопроводной шины; V п – объем ПП с учетом объема теплопроводных шин; V ш – объем теплопроводных шин на ПП; А – поверхностный коэффициент заполнения платы модуля теплопроводными шинами: , – суммарная площадь, занимаемая теплопроводными шинами на ПП. В табл. 1.4 приведены теплофизические параметры некоторых материалов.

Таблица 4