ПРИМЕР РАССЧЕТА ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА Естественное охлаждение Исходные

ПРИМЕР РАССЧЕТА ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА Естественное охлаждение

Исходные данные Дано: блок из 10 плат. На x z lпx y l пy lэx l эy lпz каждой 240 ИС (число рядов i=8, число ИС в ряду j=15). Размеры ИС: lэх=9, 8 мм, lэy=6, 5 мм, lэz=2, 2 мм. Зазор Δп=5 мм. Давление воздуха внутри и снаружи блока нормальное. Материал корпуса Д 16. t 0=400 С. Размеры корпуса блока: Lкх=174 мм, Lкy=210 мм, Lкz=210 мм. Кзап=0, 25. Кп=0, 18. lпх=159 мм, lпy=195 мм, lпz=195 мм. Мощность в виде тепла Qб=40 Вт. Мощность одной ИС QИС=16, 7· 10 -3 Вт. Платы из стеклотекстолита толщиной 1 мм. t. ИС. доп<1250 С. SИС=17, 2· 10 -4 м 2.

Этап 1 Определение температуры корпуса блока

Этап I. Определение среднеповерхностной температуры корпуса tк. 1. Определяем qк. ∆tк; 0 С 50 2. Задаемся ∆tк=5˚С. 40 30 20 qк; Вт/м 2 10 3. Определяем αлi 50 100 200 300 400 500

Степень черноты для различных материалов Материал Степень черноты Алюминий полированный 0, 05 Алюминий грубополированный 0, 18 Материал Масляная краска различных цветов Медь полированная Алюминий окисленный Алюминиевый лак по шероховатой поверхности Алюминиевая краска Алюминиевая фольга Бронза полированная Бумага 0, 25 Медь окисленная 0, 65 0, 4 Муар 0, 90 0, 5 0, 09 0, 16 0, 92 Саиса Стекло Силумин Сталь, листовой прокат 0, 96 0, 92 0, 25 0, 56 Вольфрам 0, 05 Сталь с шероховатой плоской поверхностью Графит 0, 75 Дюралюминий (Д 16) 0, 39 Железо листовое, оцинкованное, блестящее Железо листовое, оцинкованное, окисленное Железо полированное Золото Ковар Лак черный, матовый Лак черный, глянцевый Латунь полированная Латунь прокатанная Сталь окисленная Сталь листовая с блестящим слоем окиси 0, 92 -0, 96 0, 02 0, 95 -0, 98 0, 80 0, 82 0, 23 Сталь сильно окисленная 0, 28 Стальное литье 0, 54 Титан Чугунное литье Фарфор Хром полированный Цинк Щелак черный матовый Эмаль белая 0, 63 0, 81 0, 92 0, 10 0, 25 0, 91 0, 9 0, 26 0, 10 0, 82 0, 96 -0, 98 0, 87 0, 03 0, 20 0, 88 -0, 98

4. Рассчитываем критерий Грассгофа.

Физические свойства сухого воздуха при нормальном давлении t, ºC ρ, кг/м 3 -50 -20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 1, 594 1, 395 1, 293 1, 247 1, 205 1, 165 1, 128 1, 093 1, 060 1, 029 1, 000 0, 972 0, 946 0, 898 Cp, λв, 102 Дж/(кг К) Вт/(м К) 1010 2, 04 1010 2, 28 1000 2, 44 1000 2, 51 1000 2, 60 1000 2, 68 1000 2, 76 1000 2, 83 1000 2, 90 1000 2, 97 1000 3, 05 1000 3, 13 1000 3, 21 1000 3, 34 νв 106 кг/(м с) 9, 23 12, 79 13, 28 14, 16 15, 06 16, 00 16, 96 17, 95 18, 97 20, 02 21, 09 22, 10 23, 13 25, 45 Pr 0, 728 0, 716 0, 707 0, 705 0, 703 0, 701 0, 699 0, 698 0, 696 0, 694 0, 692 0, 690 0, 688 0, 686

5. Определяем критерий Прандтля по таблице (из справочника) для tm. 6. Определяем вид движения газа (жидкости) по условиям: Следовательно, для всех поверхностей режим ламинарный

7. Определяем коэффициенты теплообмена αкi для каждой поверхности корпуса:

8. Определяем тепловую проводимость в системе «корпус – окружающая среда» .

9. Определяем перегрев корпуса во втором приближении: kк. п. 0, 9 0, 7 0, 5 кп 0, 1 0, 2 0, 3 0, 4

10. Определение ошибки расчета: Ошибка расчета большая, так что проводим следующую итерацию.

Вторая итерация: Третья итерация: 11. Определяем tк

Этап 2 Определение температуры нагретой зоны

Этап II. Определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны tнз. Перфорированный блок 1. Определяем qз. 2. Задаемся ∆tз =4 ˚С. ∆tз ; 0 С 50 40 30 20 qз; Вт/м 2 10 50 100 200 300 400 500

3. Определяем αлi

4. Для tm=tк + 0, 5 ∆tз и определяющего размера hi рассчитываем критерии Грассгофа. 5. Определяем число Прандтля по таблице (из справочника) для tm.

6. Определяем коэффициенты конвективного теплообмена между нагретой зоной и корпусом для каждой поверхности.

7. Определяем тепловую проводимость в системе «нагретая зона – корпус» . 8. Определяем температуру перегрева нагретой зоны во втором приближении ∆tз. о.

9. Определяем ошибку расчета: Вторая итерация 10. Определяем температуру нагретой зоны:

Этап 3 Определение температуры компонента

1. Определяем эквивалентный коэффициент теплопроводности модуля 2. Определяем эквивалентный радиус корпуса компонента 3. Определяем коэффициент распространения теплового потока:

4. Определяем перегрев поверхности корпуса микросхемы 1 2 8 7 3 4 6 5 ri

№ ri mri K 0(mri) K 1(mri) 1 0, 019 4, 007 0, 011 0, 012 2, 458 0, 066 0. 078 3 0, 019 3, 164 0, 011 0, 012 4 0, 015 4, 007 0, 029 0, 033 5 0, 019 4, 007 0, 011 0, 012 6 0, 012 2, 458 0, 066 0. 078 7 0, 019 4, 007 0, 011 0, 012 8 0, 015 3, 164 0, 029 0, 033

kλ, Вт/(м 2 К) 50 40 30 20 10 1 2 3 4 5 SИС ·10 -3 м 2

При одностороннем расположении корпусов ИС В=8, 5πR 2=0, 12 Вт/К; М=2

5. Определяем температуру поверхности корпуса элемента (микросхемы):