Этап 1. Определение температуры корпуса

1. Рассчитываем удельную поверхностную мощность корпуса блока qк:

где P0 - мощность рассеиваемая блоком в виде теплоты;

Sк - площадь внешней поверхности блока.

Для осуществления реального расчета примем P0=20 Вт, тогда

2. По графику из [1] задаемся перегревом корпуса в первом приближении Dtк= 10 оС.

3. Определяем коэффициент лучеиспускания для верхней aл.в, боковой aл.б и нижней aл.н поверхностей корпуса:

Так как e для всех поверхностей одинакова и равна e=0.39 то:

4. Для определяющей температуры tm = t0 + 0.5 Dtk = 30 + 0.5 10 =35 oC рассчитываем число Грасгофа Gr для каждой поверхности корпуса

где Lопр i - определяющий размер i-ой поверхности корпуса;

g - ускорение свободного падения;

gm - кинетическая вязкость газа, для воздуха определяется из таблицы 4.10 [1] и равна gm=16.48 × 10-6 м2/с

5. Определяем число Прандталя Pr из таблицы 4.10 [1] для определяющей температуры tm, Pr = 0.7.

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

5 × 106 < Grн Pr = Grв Pr = 1.831 ×0.7 × 107 = 1.282 × 107 < 2 × 107 следовательно режим ламинарный

Grб Pr = 6.832 ×0.7 × 106 = 4.782 × 106 < 5 × 106 следовательно режим переходный к ламинарному.

7. Рассчитываем коэффициент теплообмена конвекцией для каждой поверхности блока ak.i:

где lm - теплопроводность газа, для воздуха lm определяем из таблицы 4.10 [1] lm = 0.0272 Вт/(м К);

Ni - коэффициент учитывающий ориентацию поверхности корпуса: Ni = 0.7 для нижней поверхности, Ni = 1 для боковой поверхности, Ni = 1.3 для верхней поверхности.

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

9. Рассчитываем перегрев корпуса блока РЭА во втором приближении Dtк.о:

где Кк.п - коэффициент зависящий от коэффициента корпуса блока. Так как блок является герметичным, следовательно Кк.п = 1;

Кн1 - коэффициент, учитывающий атмосферное давление окружающей среды берется из графика рис. 4.12 [1], Кн1 = 1.

10. Определяем ошибку расчета

Так как d=0.332 > [d]=0.1 проводим повторный расчет скорректировав Dtк= 15 оС.

11. После повторного расчета получаем Dtк,о= 15,8 оС, и следовательно ошибка расчета будет равна

Такая ошибка нас вполне устраивает d=0.053 < [d]=0.1

12. Рассчитываем температуру корпуса блока

Этап 2. Определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны

1. Вычисляем условную удельную поверхностную мощность нагретой зоны блока qз:

где Pз - мощность рассеиваемая в нагретой зоне, Pз = 20 Вт.

2. По графику из [1] находим в первом приближении перегрев нагретой зоны Dtз= 18 оС.

3. Определяем коэффициент теплообмена излучением между нижними aз.л.н, верхними aз.л.в и боковыми aз.л.б поверхностями нагретой зоны и корпуса.

Для начала определим приведенную степень черноты i-ой поверхности нагретой зоны eпi :

где eзi и Sзi - степень черноты и площадь поверхности нагретой зоны, eзi = 0.92 (для всех поверхностей так как материал ПП одинаковай).

Так как приведенная степень черноты для разных поверхностей почти одинаковая, то мы можем принять ее равной eп = 0.405 и тогда

4. Для определяющей температуры tm = 0.5 (tк + t0 + Dtk) = 0.5 (45 + 30 + 17 =46 oC и определяющего размере hi рассчитываем число Грасгофа Gr для каждой поверхности корпуса

где Lопр i - определяющий размер i-ой поверхности корпуса;

g - ускорение свободного падения;

gm - кинетическая вязкость газа, для воздуха определяется из таблицы 4.10 [1] и равна gm=17.48 × 10-6 м2/с

Определяем число Прандталя Pr из таблицы 4.10 [1] для определяющей температуры tm, Pr = 0.698.

Grн Pr = Grв Pr = 213.654 × 0.698 = 149.13

Grб Pr = 875.128 × 0.698 = 610.839

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

· для нижней и верхней

· для боковой поверхности

где lm - теплопроводность газа, для воздуха lm определяем из таблицы 4.10 [1] lm = 0.0281 Вт/(м К);

6. Определяем тепловую проводимость между нагретой зоной и корпусом:

где s - удельная тепловая проводимость от модулей к корпусу блока, при отсутствии прижима s = 240 Вт/(м2 К);

Sl - площадь контакта рамки модуля с корпусом блока;

Кs - коэффициент учитывающий кондуктивный теплообмен

В результате получаем:

7. Рассчитываем нагрев нагретой зоны Dtз.о во втором приближении

где Кw - коэффициент, учитывающий внутреннее перемешивание воздуха, зависит от производительности вентилятора, Кw = 1;

Кн2 - коэффициент, учитывающий давление воздуха внутри блока, Кн2 = 1.3.

8. Определяем ошибку расчета

Такая ошибка нас вполне устраивает d=0.053 < [d]=0.1.

9. Рассчитываем температуру нагретой зоны

Этап 3. Расчет температуры поверхности элемента

1. Определяем эквивалентный коэффициент теплопроводности модуля, в котором расположена микросхема. Для нашего случая, когда отсутствуют теплопроводные шины lэкв = lп = 0.3 Вт/(м К) , где lп - теплопроводность материала основания печатной платы.

2. Определяем эквивалентный радиус корпуса микросхем: