2.4. Расчёт охлаждения при естественной конвекции внутри герметичного кожуха.

2.4.1. Тепловая характеристика.

Естественное воздушное охлаждение РЭА – самый простой способ отвода тепла в окружающее пространство, осуществляемый за счёт естественной конвекции и лучеиспускания. Естественное воздушное охлаждение в герметичных блоках позволяет отводить тепло при плотностях теплового потока до 0,05 Вт/см², при этом перегрев внутри блока не превышает 30⁰С. Такой перегрев допустим для аппаратуры, работающей в условиях, близких к нормальным.

Расчёт охлаждения при естественной конвекции сводится к определению тепловой характеристики кожуха и нагретой зоны РЭА. Тепловой характеристикой зоны (кожуха) называется функциональная зависимость перегрева её от мощности тепловыделения. В большинстве РЭА выходная мощность составляет незначительную часть потребляемой, поэтому можно считать, что мощность тепловых потерь равна потребляемой от сети мощности. Связь между мощностью Р, потребляемой изделием, и средним перегревом поверхности выражается равенством

Р =

где = t_к – t_с, ⁰С; t_к – температура кожуха, ⁰С; t_с – температура окружающей среды, ⁰С; - тепловая проводимость участка от кожуха в среду, Вт/К.

Кожух РЭА изготовляется из листового алюминиевого сплава либо из листовой стали. Эти материалы обладают достаточно большой теплопроводностью; кроме того, тепловая энергия, передаваемая от нагретой зоны кожуху, приблизительно распределена по всей поверхности, поэтому с достаточным основанием кожух можно считать изотермической поверхностью.

2.4.2. Определение тепловых проводимостей кожуха, прослойки между кожухом и нагретой зоной.

Тепловая проводимость кожуха определяется как сумма тепловой проводимости верхней и нижней поверхностей и боковых стенок:

= + +

или

= S_В + S_H + S_Б (7)

где , , - полные коэффициенты теплоотдачи верхней, нижней и боковой поверхностей, Вт/(м²К); S_В, S_H, S_Б – площади верхней, нижней и боковой наружных поверхностей, м².

Полный коэффициент теплоотдачи i-й поверхности равен сумме конвективного коэффициента и коэффициента лучеиспускания :

= + (8)

В общем виде коэффициент лучеиспускания:

= (9)

где - приведённая степень черноты i-й наружной поверхности кожуха; если блок находится в неограниченном пространстве, то = (степень черноты соответствующей стенки); - коэффициент взаимности облучённости i-й поверхности кожуха и j-го тела. Если вблизи нет никаких тел, то коэффициент взаимной облученности равен 1. Функция температуры для одиночного блока [в Вт/(м²К)]:

, (10)

где — температура кожуха, °С; — температура окружающей сре­ды, °С.

Значения функции температуры приведены в табл. 2.

При известной температуре кожуха и известных геометрических раз­мерах блока коэффициент однозначно определяется формулами (11), (12), (13) в табл. 1.

Определяющим размером для вертикальной поверхности является высота, для горизонтальной — наи­меньшая сторона.

В большинстве радиоэлектронных устройств отвод тепла подчиняет­ся закону степени 1/3 или 1/4. Для нахождения закона теплообмена мож­но воспользоваться неравенством:

,

где и — допустимая температура кожуха и среды; L — определяю­щий размер, мм.

Таблица 2

Значения функции температуры f (, )

, 0С	Значения f (, ) при различных , 0С
	10	15	20	25	30	35	40	45	50	60
15	5,32
20	5,45	5,59
25	5,59	5,76	5,90
30	5,76	5,90	6,05	6,20
35	5,90	6,05	6,20	6,35	6,51
40	6,06	6,20	6,35	6,51	6,60	6,82
45	6,20	6,35	6,51	6,60	6,83	7,00	7,14
50	6,35	6,51	6,60	6,83	7,00	7,17	7,35	7,50
60	6,70	6,87	7,04	7,19	7,35	7,51	7,69	7,87	8,05
70	7,06	7,21	7,39	7,55	7,72	7,86	8,05	8,24	8,42	8,80
80	7,44	7,59	7,75	7,80	8,07	8,26	8,45	8,65	8,83	9,20
90	7,82	7,98	8,13	8,31	8,49	8,67	8,86	9,04	9,25	9,65
100	8,19	8,37	8,53	8,72	8,91	9,09	9,28	9,46	9,66	10,08