вой модели также заменяется изотермической поверхностью, имеющей среднеповерх постную температуру и перегрев В , 6к- В результате введения тепловых моделей и понятия эквивалентной НЗ становится возможным математическое описание процессов теплообмена РЭА и создание инженерных методик тепловых расчетов.

Геометрические размеры НЗ для РЭА с шасси определяются следующим образом (рис. 13,12,0,6): ширина ~ Li; длина /as L, высота Нз = Кзап Я, где Li, Ц, Н - ширина, длина и высота РЭА, Каап = VsiilVpQf - коэффициент заполнения объема РЭА элементами. Геометрические размеры НЗ для одной платы РЭА кассетной конструкции /ai - кн. ~ 12, ha = = Квап* + bjj, где U, 4 - ширина и длина платы; b - шаг расположения плат относительно друг друга в РЭА, Ь - толщина платы.

После определения геометрических параметров НЗ (или нескольких НЗ), а также кожуха рассчитывают температурное поле РЭА. Расчет проводится в три этапа.

Первый этап. Определение тепловых характеристик кожуха и НЗ. Для РЭА с одной зоной

дк = ек-ес = ГксФ. (13.14)

дебв-бкГвкФ. (13.15)

Для /-Й НЗ в РЭА имеющей т зон,

Oз-eк=r8кФ + 2 вкуФг.

(13.16)

где бк - средняя температура поверхности кожуха. К; 9с - температура среды. К; % - средняя температура НЗ, К; г с - тепловое сопротивление кожух-среда, К/Вт; зк - тепловое сопротивление зона-кожух, К/Вт; Ф - полная рассеиваемая РЭА мощность (тепловой поток), Вг; 08 у- -средняя температура /-Й НЗ, К; Tijj - тепловое сопротивление НЗ - кожух, К/Вт; rgij - тепловое сопротивление меж-лу i-fi НЗ и кожухом, К/Вт; Ф = = Ф - 2 Ф; ф{ - мощности теп-

ловых потерь /- и t-fl НЗ, Вг. Тепловая характеристика для кожуха в этом случае определяется по формуле (13.14).

Второй этап. Определение тепловых характеристик поверхностей узлов и элементов РЭА

(13.17)

где 6/8 - температура поверхности /-го узла или элемента, К;6 с - температура среды, окружающей /й узел или элемент, К; Оо ~ тепловое сопротивление, характеризующее теплообмен от поверхности /-го узла или элемента к окружающей их среде, К/Вт; Фу - рассеиваемая мощность /-го узла или элемента РЭА, Вт.

Третий этап. Определение тепловых характеристик отдельных областей внутри узлов или элементов, например, р-п-перехода в транзисторе по уравнению, аналогичному (13.17). Так, тепловая характеристика р-п-перехода транзистора может быть определена следующим образом:

где 6п - температура р-п-перехода; Bjs - температура поверхности корпуса j-TO транзистора; rjsj - внутреннее тепловое сопротивление переход-корпус /-го транзистора, К/Вт Для ряда конструкций РЭА разработаны упрощенные графо-аналитические методики, позволяющие быстро определять тепловые характеристики РЭА на всех трех этапах [15] При необходимости одновременной оценки тепловых характеристик элементов РЭА и их надежности используют вероятностный подход [34].

Расчет теплового режима РЭА на основании использования тепловых моделей можно выполнять как прн естественной, так и при вынужденной конвекции газообразной (например, воздушной) или жидкой среды. В последнем случае используется пополнительно уравнение теплового баланса

Ф(.=сОт (6с ВЫХ-9с вх).

(13.18)

где Фр - тепловой поток, который воспринимается охлаждающей средой, с - удельная теплоемкость среды, Cm - массовый расход среды; 6с вых и 6с вх - температура среды на выходе и входе в РЭА.

При кипении и испарении жидкостей количество поглощаемого тепла пропорционально массе и теплоте испарения жидкости Например, испарение 1 л воды требует 2,26 X X 10° Дж (при нормальном давлении и температуре 373 К), что эквивалентно отводу 628 Вт рассеиваемой мощности в течение 1 ч.

При термохимическом разложении твердое вещество выделяет газообразные продукты, что обеспечивает отвод тепла, особенно при кратковременной работе РЭА. Например, разложение 1 кг двууглекислого аммония практически эквивалентно испарению 1 л воды (при нормальном давлении и температуре 343 К). В системах с расплавлением рабочего вещества используют парафин и его производные, сплавы типа Вуда, церезины и прочие вещества, температура плавления которых 313 ... ... 333 К-

В термоэлектрических устройствах в месте спая двух различных проводников происходит поглощение или (при изменении направления движения тока) выделение тепла. Преимущество таких устройств - в возможности реверсирования, однако они имеют значительную массу и энергопотребление. Эффективность термоэлектрических устройств зависит от качества используемых материалов спая и пропорциональна квадрату температуры холодного спая. Однокаскадные термобатареи обеспечивают ДО = 30 ... 50 К, трех-каскадные ДО = 80 ... 100 К, но со значительно худшими (чем у одно-каскадных батарей) энергетическими показателями. Такие устройства обычно применяют для термостати-рования малых по объему и тепловыделению узлов и блоков РЭА, требующих высокой стабильности температуры (кварцевые генераторы и другие устройства).

В современных СОТР используют- ся различные сочетания устройств, основанных на перечисленных физических эффектах, которые обеспечивают нормальный тепловой режим как отдельных элементов, так и РЭА в целом.

Так как современная сложная РЭА чаще всего требует не только отвода тепла (брэд < бдоп), но и обеспе-

Из уравнения (13.18) определяют расход среды.

Соответствующие инженерные методики тепловых расчетов РЭА и ее элементов даны в § 13.2 ... 13.5.

Основные фи1ические эффекты

и классификация систем обеспечения

теплового режима (СОТР)*

Для интенсификации теплообмена в конструкциях РЭА применяют вы-нуждиную конвекцию вместо естественной, заменяют (по мере возможности) СОТР с газообразным теплоносителем на СОТР с жидким теплоносителем, а также используют различные сопровождающиеся поглощением тепла физические эффекты; адиабатическое расширение или дросселирование газов, вихревое разделение газовых потоков, кипение жидкостей, термохимическое разложение или плавление твердых тел, эффект термоэлектрического охлаждения.

При адиабатическом расширении газа с помощью сопл, расширительных турбин, цилиндра с поршнем и т. п. отвод тепла тем больше, чем больше: разница давлений за расширителем и перед ним, показатель адиабаты и теплоемкость газа. Такие устройства находят широкое применение в авиации [7].

При дросселировании газов (эффект Джоуля-Томпсона) эффективность отвода тепла меньше, чем при адиабатическом расширении. Определяющими параметрами являются: эффект дросселирования (который зависит от свойств газа) и перепад давлений в дросселе.

Вихревое разделение газового потока на холодный и горячий (эффект Ранка) используется в конструкциях, называемых вихревыми трубами. Эффективность вихревых труб, применяемых для охлаждения, тем выше, чем больше разность давлений, показатель адиабаты и коэффициент, характеризующий эффект охлаждения данного газа. Эффект от использования вихревого разделения газа увеличивается там, где есть источники сжатого воздуха (например, на летательных аппаратах), так как габариты и масса вихревых труб малы.

I

вЕа I

,гпаэ; с

Рис. 13.14. Классификация СОТР по соотношению Дбдоп и &вс.

ТСТ и СТ: а - холодные, б - среднетем-пературные, в - горячие. Для СО Двдип до нескольких десятков градусов, для СТ - от нескольких единиц до десятков градусов, для ТСС - от сотых долей до нескольких единиц градусов

чения работы РЭА в заданном интервале температур Абдоп = бдо - - 6доп> приходится использовать СОТР, которые решают три основные задачи: внутреннюю (нагревание или охлаждение адементов РЭА), внешнюю (обеспечение теплообмена СОТР с окружающей средой) и транспортную (перенос тепла внутри РЭА и СОТР). При этом изменение температуры окружающей РЭА и СОТР среды происходит в пределах е; ... G таким образом, СОТР могут быть разделены на три группы: системы охлаждения (СО) для элементов и узлов, с широкоинтервальным значением Дбдоп, системы термостабилизации (СТ) со среднеинтер-вальиым значением Дбдоп и термостаты (ТСТ) или системы термостабилизации с узкоинтервальным значением Дбдоп (рис. 13.14).

При разработке СОТР необхоцнмо учитывать [6]: вид, параметры, особенности конструкции и режима работы РЭА и объекта, где размещена РЭА; параметры окружающей среды; массу, габариты и энергопотребление СОТР; удобство и стоимость эксплуатации СОТР; наличие серийных или опытных разработок теплообмен-ных устройств, их элементов, рабочих веществ и их стоимость; срав-

нительную эффективность и степень изученности способов теплопередачи Классификация СОТР приведена на рис. 13.15.

13.2. СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ ПЕРЕДВИЖНОЙ НАЗЕМНОЙ РЭА*

Общие положения

Передвижная наземная РЭА устанавливается в кузовах (фургонах) каркасного типа на самоходных шасси или прицепах с колесным или гусеничным ходом. Для обеспечения нормальной эксплуатации РЭА и комфортных условий человеку-оператору стенки и крышу кузова выполняют из фанеры,.армированного пенопласта или алюминиевого листа, пол - из досок, армированного пенопласта или алюминиевых листов Люки, двери и окна кузовов делают с термоуплотнениями. Для создания нормального теплового режима в кузове используют отопительные, вентилиционные и кондиционирующие установки

Совокупность кузова, шасси или прицепа, РЭА и вспомогательного оборудовании называют аппаратной машиной (AM) Особенностью AM является наличие температурного фона внутри кузова за счет тепловыделения РЭА, вспомогательного оборудования, операторов (в обслуживаемых AM) и за счет солнечной радиации (РС). Так как AM может работать в разных климатических условиях, то, кроме внутренних и внешних источников тепловыделения, необходимо совместно с ними учитывать и параметры внутренней (в кузове) и внешней (окружающей) среды.

Для оценки степени комфортности систем вентиляции и кондиционирования [5, 7] используют понятия эквивалентно-эффективной, эффективной и радиационно-эффектив-ной температур. Эквивалентно-эф-фективнаи температура (ЭЭТ) применяется для оценки одновременно-

* Составители Ю. F, Володин, F, В. Малюков.