Теплообмен в каналах с дискретными источниками тепловыделения на стенках, расчет и обеспечение теплового режима фазированных антенных решеток тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

- о

.СЛ1ЖТ-ПЕТЕРЬУИ,СК1'!Й ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ТОЧНОЙ'МЕХАНИКИ И ОПТИКИ ■

Еа правах рукописи УДК 536.2

¿¡АРОВ Алексей Николаевич

ТЕПЛООБМЕН В КАНАЛАХ С ДИСКРЕТНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ТЕИЛОВЫДЕЛЕНИЬ НА СТЕНКАХ, РАСЧЕТ К ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕШлА ФАЗИРОВАННЫХ АНТЕНШл РЕШЕТОК

Специальность 01.04.14 - Теплофизика ц молекулярная физика

Автореферат . диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1593

Работа выполнена на кафедре теплофизики Санкт-Петербургского ордена Трудового Красного Бнакеки института точно:: механики и оптики

Н&учнкЗ руководитель - доктор технзчесахх наук -А.Б-И'арков

Официальные оппоненты - доктор технических н.^у*,

ведущий научна:: сотрудкик'-Э.В.Онрсова,

при Санкт-Петербургском Срдена Трудового Красного Знщ/етш институте точной механике и оптике (197101,С-Петэрбург,ул,Саблинскэя,14) С" диссертацией можно ознакомиться в библиотеке И!.»'.

Отзые на автореферат е двух экземплярах с подписью, заверенной печатью учреждения, проси:/ направить в специализированный Совет института»

Учен!!.': секретарь

кандидат технически:-: наук, старший научный сотрудник Ю.Г.Болодин

Ведшее предприятие: Российский Научно-КаследоЕательский

Институт "Злектронстандарт".

-3-

ЩАЯ ХАРАЖР/ЯТИКА РАЕСТЫ

А к т"? ль ч ость Ъ" с а1?ь' обусловлена те:л,ч?о з фазировряпых ая-теляю: риетдзх (£АР),яс:ыечкг:с:х э созремэяякх РЛС, часть электро-мпгнг.:::о:; энергии преобразуется в тепловую (составляя теплопотера) в р-¿'Л. лкодякх завредителях к м::кросхемах плат уярявлеягя,яздя-эдихся огясзре.\:е:;яо ооноляыче тер.исчузстзптельяыла элементами. Перегрев ат~х зломзятсз врйаодхт к потере ах рчботоопособности, п. следовательно к. выходу ::з строя соответствующего излучателя к ухуд-шеях»: характеристик онх^яяк в целом, Ясэизмгае наге:г.яост:' аятеялы и увеличение ее долговечности трк^о требует снижения обдаго -уровня температур з ЗА?. В сзязл с зрд^чп обеспечения теплового ро.чи-л:я явдязтея одно-'; из основных яр:: разработка антеяя,особенно бортовых , одеплуятярус-сх з более жестких условияхДояструктизяое исполнение расс.мг':рнвпс:~;н гнтен:: предполагает р?змеденяе телловыде-.■•юткгс эле^еягстз я? н^кал^х охл?"лей2Я,дрояязквашкх зпол» сдвоенные .■п'.'гоГ.кд антенн, при этом условия тепделодвода ме»: явно дцра-ч-сяян". дискретны!! хрргд.тер.Ло зтои и ряду1 других причин "ктурлъяы дрлъне:!лге исследования но теплообмену от дискретных хстсчязков теилогцделеяпя я? стекквх яхосхих каяаяез,резульгагк которых ложатся в остову расчета температур тепловыделяюдлх элементов в ФАР. '.'сследсв-иня по теплообмену от дискретных истсчнккоз :ме:эт важное самостоятельное зпачедге,поскольку ях результаты необходимы при разработке больлинствр гЭА.е такго нагрезчтелэякх устройств,очерго-• оборудована АЭС.теплссбчениих яппарптсв л других устройств.

Пе.ть рябого состояла з исследовании топлооб./.еяп при денной ¿конвекции в длинных плоских к'дал=>х о дискретным теплолод-водо 'Л, х?р-4ктержх для антечякх споте..:,получении рэсчзтякх Формул для тедлоотд««:! и в разработке .^-тематических гдоделе" к метода ргсчетр теплового режимр пасскзннх фазированных антенн к отдельных '<*х элементов.

.^учн^я новизна.

I. Получены. новые экспердмеятрльяые результаты к предложены критериальные зависимости для расчета теплоотдачи яр участке стабилизированного теплообмена от дискретных телловкделяиц:1х. элементов при вынужденней коявекдии (л?.таотряое и турбулентное течения) при различных отяо^рялях- длины учгсткч теллояодводя :: прометутку меяду аили-, числа 5е к'яри оачметричяо.м к яеси.шетрично.'й тепло-подводе.

2. Для-области ладшорного течения теплоносителя подучены точные «ярлитическяе решеняя з°дяч о теплсоС-дене от дискретных Есточйу-ков в плоских кчяэлрх с сспрякеляо^ и яесопрякеяко- постр-ковках и дркы фомулъг для ррсчет» чисел луссельт? б зависимости

от определяющих прррд'етров к для расчет? температурного поля стенки юэязлг» х теплоносителя, и устркозденк основдие зркс^тернссти . теплообмен? з этих условиях.

3. Предложены теплозке ^.тематические модели дрссивних 20л-новодаой к проходной (оптлчесхои) £А? и д:етодк р^счетггкх теплового реягда.

4. Предложено лряйяптенз^я .\:етод?.к-э расчет* теплового ре'пкля дангбтелвй тип?. кслользуелдах э приводах лятеан.

5. йсследовяи теплообмен в полупроводниковом р-1-п. дяодкол зозся-а?теле-юкросСорке нового т;:пя и получены Формулы для расчета его температурного пода и внутреннего теплового сопротивления.

Пггктт'чеотое значение работы.

Хсдользозрйие резрасотаяякх .летодик ррсчет* теплового ре-кп..» просечных сА? и отдельных элементов «ятеннол систолы позволяет обоснованно производить выбор основных конструктивных и рекимных параметров' внутренней систем« охлаждения $: с$ораулироврть требозр-ния к. внешней СОТР.

Полученные эмпирические к янрдятическяс грвкезьлоотх • но теплоотдаче ст дискретных источников при вкауждбнной конвекции в :мня-лях дзот основу Для ррочетр теплового резт> ФАР,? тркхе име::т важное самостоятельное значение,дополняя накопленный к яястоядему времени -иртерг.рл по конвективному теплообмену в рассмотренных условиях, что нрходкт применение при проектировании РЭА, различного родэ нагревательных устройств, теплоэнергетических установок и т.д.

Результаты рпОотк внедрены а концерне "Ленинец" х 2ЖЛ Транспортного Мяакностроенкя.

.зачоояус^:

•- результаты экспериментального исследования теплообмене от дискретных источников тепяододз?да,закрепленных на стенках длинного канала при вынужденной конвекции воздухё (ламинарная,переходная 11 турбулгятнря области течения) при одностороннее и силметрично;» дискретном теплоподводрх и при различных промежутках между источниками; ■

- соотношения для расчета теплоотдачи,и температурного поля в

кря°лг,а о ти:екрэ;ннл тгплспо.гзодо..; к стенки/,, полученные посредст-» зол точ-скк •»ямктячесхгх резеляЛ згцпч о геялоой'леяе при вынужден-на~ конзскаях в сопряженной и несзпря-хенноЛ поотпнойкях для дали.» я"»рнс2 оСл"стг течения,?.' лзтод ряллтчеоксго решения, з?д«чи э. «оярдчолКоЛ лостгюгне;

- ..•оте,'."тичеок:'.е аолеж и .-летод теплового р«счетг> п^ссиеянх водасвсдясЛ я прсх одноЛ (опглческой) -Го злраз?няоЛ яягеаных решеток;

- результаты исслздсбг'яия тзплозого реяаж» р-1-п даодаых З^зоэрт^теле'» л ссстяо^саке для р«счетя его внутреннего теплового сопротивлялся;

- лр:сСл:ггеяя«>я ¿етоэтк* теплового расчет/5 молентяых электро-' дзлггтелеЛ тм»

;.остсзер.честь определяется результ-т?;« пч»лхзр погресяо-сте»1 р-счет» :: эксперл/.зятг, количественна соответотзяем ррсчот-кых эн.сперд./.еягчтьчкх л^инкх.

"Прос-ягия работы. Основные результаты работы доклядызяллсь и обсугд-хксь л° Л .и'кноко..: Леклун^рсдно,.: Рору./.е по тепло-х хрсоо-сС.леяу 1с..«я и. 2г., ч* Л Всесоюзной я'-учно-техя.'.чеекой конференций но олск'.;д.-:ех«"Но?роякке ¡¿3-25 октября 1291г. (секция "Лри.ле-яеаие С..ТЛ"), н«тчло-техяпчесхпх кон£ере.-Щ7Лх Холодах ученых к слеи;:"лтст03 Л1Л0 "Летсяец", 1386 - 1Э&Э г.г.

Луб'лук-ц;:;:. Ослознне результаты хсследозряия опубликозряы з 5 печатных р^Сот^х.

Структур-'. н объе-1 д/ссертудии, ^яссерт"ппя состоит из введения, пят:; глчв, згклзчеязя и приложений; содержит 156 страниц основного ..'.оакяозисяого текст?, 5 3 рисунков ,5 таблиц, списка ли те-рятуру из 1С? яаямеяоБРлгЗ а приложения.

СС.ЮЗЛС2 ССДа?Л.Щ РАБОТЫ

В яерзсп гл^ае предстрзленг; оснозяме сведения о конструктивно:.: исполнен::;: п^сснзнкх вслнсзодяой и оптпческсл Iпроходной) ФАР.я отдельных элементов «нтеяяоя систем,зключзя электродвигатель приведи ДЗл, проанализированы сулес тву:тцке л;етоды расчет? РЭА и выполнен обзор по конвективному теплообмену от дискретных источников теп-лозыделеяия я» стенках кяярлов и в пограничных слоях на ллретияе.

Анализ литературных данных показал,что существующие методы расчет»! теплового рег.:ич радиоэлектронной вппарэтуря яе з полной мере отррягчот конструктивные особенности а тепловые процессы в ФАР

и не л:огут быть ксяользозпяк непссредст.зеяко для тсплоллх расчетов рядиоэлектронной "пи^рятурк этого кл^сс«5. Зследстзие чего требуется проведение дополнительных исследований к рязррбэтхо методов рясчета соответствухдах конструкций,зклхя-я расчета ?е..шер*турчых полой,вновь ррзрябот»иных для прь$елеяик в ь?? элслелтов; дисдаых 11рзоврг;дс-теле.: я у.слентакх э лектро дипт? з лей т.!.;г Лй'., используемых е приводах.

Дганые по конзек?нснс.„,у тсслоойлеяу от длсхрзт:;ых псточя;:гса з кянядях сэпдо^ельстзузт о то..,,что теплоотдача ь р«сс...я?ривяе...кх условиях .ло-;ет превосходить более чел в 2 ряя? теплоотдачу при рязнс:.:ерно.л тепло подводе и определяется боль'гдл число.,; пяря..;етрзв. Пок°зяно,что редостгточно изучен конвективны,! тсплэс&.'.ен от дискретных источников в зависимости от геометрических пяря-сотроз тепло-подвою» п.лре'эде всего, а области стабилизированного теплооб.леч", г именно з этой облрсти дкял«зо.ч изменения теплоотдачи от ;.иточ«:к?> наиболее щгрск.Влияние теплопроводности стенки кр-глр ня теплоотдачу при дискретном теплолоддоде мокет бить весь.ля существенным :: при ■ ьисокой теплопроводности стенки привода? к уменьшению колебяний локального хоэЛициеат? теплоотдачи и приближения среднего его значения в области источник^ к величине для коо^фициснг* теплоотдачи при равномерном теплоподЕоде по зсей длине крн^лг.Леучет этих явле-якл приводит к неточностям в определении температур геаяоязделяа» щкх элементов при расчетах теплозого реяимя электронно;: плпярятуры. Кроме того, получение ррочетякх формул для теплоотдачи от'поточли-ков позволяет упростить сади метода рясчетр. Обосновал». необходимость проведения дяльяейднх исследовяний по вынулденно-коявектив-ному теплообмену от дискретных источников ня стенках плоских к«цр-лов,результаты которых явились бы основой для т6плов1м рясчетов ряссмятридяемых САР к имени общенаучное значение, пополняя существующий в .нг стоящее время по данной про сломе кятерирл,

Втор-м-; глав? посвящена теоретическому.исследованию вынузден-но-конвективаого теплообмен« в прямых плоских кчнрдах о дискретными источниками тепловыделения не. стенках.Здесь представлены точные ' йн°литические решения д«ч теплообмена для условий ляминярного .и стержневого течений в ¡«сопряженной и сопряженной с учетом осевой теплопроводности стенки постановках.

Решения несолря-нелных з?дяч получены с использованием суперпо-зациснного метода й ¡ж меля и известных реселяЛ {для дзухмерной зяда-

чк;,::сгу-»йнккл -¿г-лее Сесео.л для плоских к<=.ч"лов с р'вло.лерлой. оди-лгкот-о:; гг,к узло'ь олот-юстьы тс-плового аотохр яч обеих стсяких'

слуги) .Ир;: это.л было прплглсло представление дпскретчоМ ^у.гкции платности теплового поток® ч* стечкях б -Тор-з i-vvbs "" проп:;золь.-:о.-.: отрезке, р^зко:.". периоду изменения :Туг.<и.".н.

U'ipr-no.-j.'ie для расчет.- чисел Луссельт* ,для rrpsucp«. для участков топлоподао.::- з оО-тст?. с?-лкззров*»злого •геплооблозр, получеизэ? из ре.г5:;:тл ¡1сст."е-ло!{.ю.< з-д"чя ярл с::.;...етрпчлс.и дпекретле.л теплолод-роде, следующее:

о,f

ШШЕШЕШ

ш

где ксэ.^сицпелть: собствечнке функции к собственные

зч»че:«:я <£• вояпг из решения jcccp и представлены з тгблзце i; £- плплг источник* по ходу, теплоносителя; <4 - период их р»споло-т.елия; /г - висот^ к-чгл"; //¿^¿^—• ре-¿¿Jk

^ '' л Таблиц? I

1 ¡рп.меч.-'кпе

1 4.2о722 2 12.:. 114 —I•Lo J7u A. « 'iU^M T Л r С. 2o7bI2 -С. ¿'¿5662 С.01253 Лрк ¿>3, =4; //з;

Ррсчсти по пелучелныл чо^ул^.зыполаеячыо я" 33.,!, з гЕярскоя диапазоне и злело-г/я цяр^лотрсв,асзголала выявить влияние теплоотдачу от участков теплеподзедр всех определяющих пг>р«>.-.-:етров:чхслг/ Ре,отношения длили источник.-" теплегшдводи к периоду расположения источников,вксстк крл^ло к длине источника, сл.. рпс.1 и 2.

Обчрруненл!'.: характер з»вксп./.остей от числя Рв , £

и -¡г к,в частности, зр.>;еялэппг темпов роста числа "Луссельтп с увеличение..! Ре при больших числ^хРе л сл*6ря зависимость от-/— .позволяет предложить для расчет* числ* при больших числах ?е(соответствующих л°..::шг'рно.йу течению вблизи переходное облясти для обычных теплоносителей) ппрокси^даояную формулу,з.которой - зависит только от основного ппрр^етр". .Вид этол формулы-определяется из II) предельным переходов при больших Ре

г (2)

Коэф&гцвеят © несколько увелдчкБяется с роете.:; числа Ре.од-ико,

с пр'/.блткенке.л дго 15?! его «южно линять свяк./. & - С,4, пои Ре..£>500 ; ¿>0,4 '

■ ирх долнх отношениях (больше про^е-^-ткк .аозду хсточаи-

кя.ли) и небольших ?с теалоогд«ч.° о:' источника в области стабилизированного теплообмен»' становится ровной тс-лло отдаче от .поточник^ в нрч^льном учястке к^н^л0 ,е.... так;:е р::с.1.

(2)

0 2 6 0 М ГВ 22 26го 34 38 № 46 50 Л 5862 66 70П 30 34 $$ Д//Г

Рис Л Ь?е;:с;!;.:ость средлего для участка тьплоподвода чкедп Дуссель-та М/^п вготяосателыгсЛ кооздкн»тн ..'.¿стодолоздния источник? и отношения -£/1. при Л. /¿=0,5.'

По результата параметрических расчетов найдена связь л.езду

граничны.«: значениями определяющих п^ра.иетров дискретного телло-

подвод", когд° выполняется это условие

щт

В области изменения параметров X" < * & < и

Ф <теплоотдача от источников тепловыделения а области стабилизированного теплообмена отличается от теплоотдачи источника в начально.,: участке (2-2) не более че.л на 1%.

Далее рассмотрена задача сопряженного теплооб.ленч при вынужденной конвекции в плоско.;, канале с учетом осевол теплопроводности стенки к"й.?ля при силлетричном дискретное теплоподводе.Постановка задачи следующая:

з. ¿у, 2

_ .т/х) -.

(к)

(5)

Граничные условия и условия сопряжения имеют вид:

Щл' ' ™ ■

Сущность предлагаемого для решения поставленной задачи метода заключается а следу-едем. дискретно изменяющаяся плотность теплового потока ня стенке представляется з граничных условиях в форме ряд." 1'урье по X. . Решение для температурного поля имется в зиде сум.;.к: решения для начального участка 7. решения олиекзякизго температурное поле на удалении от входа в к°нал. Последнее идется в виде су.;..'.н непрерызяо возр^стаюдел функции от X а ряда Оурье по х с периодом р^з/оде-гия равным периоду изменения плотности теплового лоток? и с коэффициентами,являющимися некоторыми функциями от у , что позволяет свести эту з^д^чу к ре^ениэ системы двух обккяове.ччкх дн.; Теренцп^льных ур^вненим второго порядка для определения Функции. Решение для начального участия•находятся методом разделения переменных с учетом неортогон°льнссти собственных функций .:(09йкпиеятк р^зле-„еггля находятся с использованием полученного дополнительного уравнения для собственных функций'при удозлетворе-нчи н^ч^льному условию при .2 = С. (3 работе представлены таблицы собственных значений задачи и дпяы вира пения для их определения).

Одним из основных результатов расчетов по полученным .1?ормул~м язляется выявление зависимости среднего для источника теплоподвода числа Яуссельта от комплекса ,см. рис. 3,предложенного для

учета влияния р" стекалая тепла вдоль стенки.При малых значениях Л,' соответствующих низкой теплопроводности стенки и малой ее толцине, число Нуссельта стремится к значению,полученному из реиения соответствующей несонряменмой задячи.При больших значениях комплекса Л,соответствующих высокой теплопроводности стенки и.большой ее толщине, число Луссельта стремится к значению,характерному для разномерного теплоподвода (для области стабилизированного теплообмена в плоском канале равному 4,12).

Целесообразно объединить результаты решений .сопряженной и'не-сопрякенной задач с цельго получения удобной апроксимэцийнно;: формулы,учитывающей осевое растекание тепла по стенке к^я^ла.для расчета средней от источника теплоотдачи,так как прямые р^сче.ы по формуле точного аналитического'решения задачи довольно трудоемкие.

// £ 6

4

2 4 баю*2 // ецо'г « ¿¿¿>А 'г а &зю'г ¿¿ю12 ьег&г -г-д.

Ряс. 2 Завхс?.'.'.ос?*: среднего гл«1 ^о.З ..анис::/.ост:, сродного гхя

участка теплолотзодр в сбл"с?п участка т-зллопс:д.зода области

стр Силизи сова иного тепло обмела стабилизированного теллоэ&леж»

числа Лл'сселъта от числа Лекле члсл? .Гусе злы« от ко.сялзкс«' и отношения длин?.: участка тел- ■ «л £ '.учктыБчяезго р"с?ехп-лсподзодп и периоду их. располо- ' .¡не теп;.« вдоль стен:-:;-:)

женил -¿/I. . " ' и числа Лекле. пси .

Предлагается следующая (¿ор^ула:

А^П"1 ' и ю ¿0,5 0,07СП<10.

где - число :!усс'ельта ,рассч"ТЫ5ае;.'.ое по формула,,: рсызния

несодряже.-шо?. задачи,вида (/) и (2),или пел-учен и:;; из энслес:1.'.ел-тоз; //и'*'1- число Луссельта при р*зяо.;4р-:с... теплолодлоде по все 11 '¿¿лине канал«, = 4,12 - при расчете теплоотдачи от источника

в области стабилизированного теплообмена; ^(Л) - ¡улкиик.учитша-вдая влияние растекания тепла по стенке (дана для области ст^били-зировч-иого теплообмена).

Б третьей главе . представлено описание экслерп...елтадьлоп установки .и .методики проведения экспериментов для исследования теплоотдачи от дискретных источников тепловыделения стеЛках длинных плоских каналов.

Установка состоит из блока веатилятсроз,аргнет«-юцкх воздух в рабочий участок из окрух»пце2 среды,подзодяг;':: воздуховодов с регу-лирукц,е£ расход задви^-со'.;,участка преда?рительаей гидродинамической 'стабилизации течения,рабочего участка - плоского к^нзда с дискретными источниками тепловыделения н? стенках,отводядих воздуховодов с-участком для измерения расхода воздух?, рот°метр»ми,блока электропитания и измерительной аппаратуры для измерения электрических и теп-ло^изаческих величин.Рабочим участком язлялсл прямоЛ канал пряно-угольного сечения длиной I м.зксото" 9..:м шириной СО мм.Длин» участка предзярателмоЯ стабилизации течения был? оСО мм. 2 качестве

дпскретнкх источников теидовыделезкя ислользозялись теплозкдел»-ю:::!о „.одули с оличеглим н^грезом.устгновлечн'ме теплокодаодлиеЛ поверхностью зяподдано с внутренней поверхностью сте.-ш: яр к-лдон ::з двух с?ен:к к^.'-^л^.СС.цее число .¿одуле:: нО штук, по' 23 модул»- • как-' до", сто ::-:г...Модули рязле'^лись о цроме:хутком мсзду .-лодулямк ряи.чил. их длине по ходу воздух* и друг напротив друз?" Н" противоположных сте.чкпх. Изменение отношения длиан про..:е.%ут;с к длине модули осуществлялось г» зкслерилечтях посредством электрического лереподключе-чкк модуле,. (чзрез слил,до» и т.д.).Темперятуря- ля внутренне:: стенке к-.рт- (лг верхней стенке), з то..: числе темяерятуря поверхностей теплоотдача тепловыпесявдях модуле.'!, хзлерялясь. с помогав 43 хро-мелт.—кслелезыи терло.¡рр с дул.,ветром лрозолоап 0.2 лл. Длиня тепло-отд«1сдей поверхности модуля по ходу воздух-- '¿3 мл.ширинр рпвдл ширине кяЛ"Л" с'й мм.Для уменьшения теплопотерь з оздудоэдуд среду ррйо!'к;'; участок изолировался лснсполиуретяном.

Уст^ло:;кч позволял!1 проводить эксперименты при си.лметричном и одностороннейдискретном тепдояодвсдах в да» ля зоне излечения чмсл" ?елнолъдз° от 400 до т.е. в лрмиияряо:! переходной и

турбулентно* областях течения. Отношения длины источники тепловыделения к периоду их ряслоло*едия оостяаила 0.1£7; 0.25 и С.о. Все измерения про изводились в устяяовишелся реззые.

Сопоставление результатов теоретических расчетов и экспернмен-тяльних дп;шчх для л°миняр:но.: области показывает их хорошее соответствие, отклонение эксдорлмслт»льных данных от ррсчетлой криво:! в основной чястп дкяпязояя Ре не превышает 10;'.Это подтвер'хдяет результаты теоретического гняллз" к выявленные закономерности для этой облясти течения.Результаты экспериментального определения числя Нус-седьт» .чяйделлого по отношениэ к рязяоети темперятур стенки и воздух» пел источником и по определяющему размеру гА »представлены яя рис.4 для турбулентно:! обдясти течения.

Установлено твкке.что при турбулентном течении ухе при ^ л $25 теплоотдячр от дискретного источника з зоне ст^бил.- .¡ировялчого теплообмен* длинного кянядя могет рпссчдтывяться крк для одиночного источники с точностью по оЗ.

£ля р«счет° теплоотдачи от дискретных источников,ряспологенных в области ст*билизирсвянного теплообмен« при турбулентном течения, подучен?- критериальная зависимость-

= С--Я**' (8)

ляпяктеп дисксетнсго обогоева о гк.

Оимметричныи теплоподвод г/ь = о.^ь 0.074 и, 7 о

¿/1 ' = с.ои

одностосон.чнп теплопод: • ;т ¿71 ' = и. .1.17 и, О

с/1 - и, 1:0 О.Со2 0.74

Зязисилюсть справедлива при '/ССР < Р,е.>п 20ООО

позволяет

счктнзять теплоотдачу от усточяика с погрешностью лс 1С;-.'

При = 0.167 теплоотдача от источников примерно ня о,'* больше,чем для = С.25 в исследованном диапазоне изменения пясмстсов.Сопо-отделение данных для сометргчкого и нзс:«метрпчного длскрстногс теплоподвод» пек?аяло,что теплоотг«Ч" в первом случае примерно по 1С5 сольце по всем обдаст;' изменения л^.

.'Рг| I) [ I || || ы Рис.4 Зависимость Лс-

Ль'гА * "

?

6 5

Ч

г<

}

»

/1 о ,

/ » л

> л

л А ы У ✓

3 с ос ш / ✓

и 0 Д » • У

сел.ьге для источники тепловыделения в области стабилизировал.него теплообмен" от числя Рейнольде^ и отношения с/1. . Обозначения: о-С/Ь-О^',

- спммсгрлччи« Ь$от?:-<>.Ъ\0-£/Ь=СЛ5;а-£/1<*С,5 -несплмнтричньы осогрев; —• -— р->Бло.',ернь;п тепло-ПОДБОД ш^ЦОХ-Де^Г/*«« ;

■—<•---одиночный источник

по цянным йнкоопер;' и ;ш.

3 четвертой гляве рг>сс»отречк отдельные ялсменты антенной системы.В число основных элементов янтечаой системы входят фазо-вррщ»тели, з«полдашц8е непосредственно полотно аудирование;: »ятея-ной решетки к закрепляемые на линеЛкм, к моментике олектродвзг®-тели,используемые в призод-х аатеяя.В этой №ве представлены решения зядяч по определению температурного поля />-1-п диодного ;!язо-враи^теля, получена рормуля для рясчетя его внутреннего теплового сопротивления, и предложена методика приближенного расчет» теплового режимя моментнего электродвигателя тип" ДЕ.4.

Б отличие от феррктового 4«зозрв;:«тсля полупроводниковый $430-вррдятель (см.ряс.Ьр) выполняется в виде похожем на микросборку,Ло в отличие от минросборки имеет металлическое основание в виде рамки, к которому по контуру крепится плята из•поликораЛя пляте рязме:цены держатели (медные бобышки) с р-С-а диодами.Сверху герметично крепится крышка.Крепление фазовращателя в аппаратуре осуществляется зя его основание к металлическим кондуктивянм теплостокам,через которые осуществляется отвод тепла к каналу с теплоносителем.При этом возможны различные варианты крепления.Л работе представлено решение за-

/¿лк об оирслелвчкг температурного гола и внутреннего теплового со-пг,от?.влеч7« "беоврыль'гелл д?л случая чреплечая в соответствии с опс.5 б).влияние кояструктян.их гх-ра/летроз не. внутреннее тепловое сочсотпв;

предо Тс. злено на рис. 6.

1

\

V ч

г г---

еиомый З&зовращатель - а),вариант его установки яа качьл охлаждения - б).Обозначения:х-ра^ка-основание; ¿-полпкоровая плеть; З-дср^атели р-С-п диодов;4-кркшкь; 5-края ос-новения.зс которые осуществляется крепление;6-'леталлическии брусок; ?-пространство под •Т«оярь,48гелс,< для проводов;З-кьяал охдадёчия. ■

Рис.5 Зависимость внутреннего теплового сопротивления фазовращателя от озчов'шх конструктивных размеров: толщины•яльтн -о/ ; толщины оемки-осяовачия - <£ ; толдаш крышки ; .

Размерь- основания: 24 х 64 »¡.

Другжл важнейшим элементом ачтеяяой системы является электродвигатель привода.Для расчета теплового режиме электродвигателя типа -ДБ.'/! предложена приближенная методика.

Особенностью электродвигателей серии ДЕЛ является то,что ротор втех электродвигателей выполнен из сильных редкоземельных магнитов (самарий-кобальтовых) и тепловыделение в роторе,в режимах реботы приводов.практически отсутствует.Вся мощность тепловыделения сосредоточена в статоре электродвигателя.Конструктивно эти электродвигатели выпускаются бескорпусными, и корпус электродвигателя,одновременно являющийся и радиатором, разрабатывается в процессе конструирования привода. Целью теплового расчета является, обычно, определение средней температуры обмотки статор*, которая для рассматриваемых ч электродвигателей с гладким и пазовым статором не должна превышать 120 *■ 15С°с. Анализ путей передачи тепла в электродвигателе на корпус позволяет предло-. :ть для инженерных расчетов тепловую схему, согласно которой полное тепловое сопротивление - обмотка статора -окруже--дая среда' - определяется в виде суммы трех тепловых сопротивлений: внутреннего теплового сопротивления от обмотки к посадочной поверхности (указывается в документации ив двигатель), кон-

тактяого теплового сопротивления Рк от посадочной поверхности к радиатору и тсплозого сопротивления корпуса рядил тора .Для расчета теплового сопротивления ,корпусов-радиаторов, в глче-стве которых рассмотрены типовые,разрабатываемые для этих двигателей, цилиндрические к цилиндрические сребренные с возможностью установки нэ плиту, имитирующую конструктив привода, корпуса«, по лучены формулы.Лри этом учтены:ограничении;! участок теплсподвода к цилиндрической поверхности с внутренней стороны от пос^дочноЛ поверхности элэктродвигателя;стск тепла теплопроводностью с ториов цклмдриче-скоГ. поверхности в боковые поверхности корпуса или в плкту;контакт-ные сопротивления при стоке тепла з плиту.Формулы получены путем реаеяия задач теплопроводности в одномерно;: постановке для отдельных частей корпуса с сопряжением на их границах.

Сравнение результатов расчета температуры обмотки статора по предложенной методике с экспериментальными данными для двух электродвигателе?. в гладких цилиндрических корпусах показало их совпадение с точностью до Ю^.что позволяет рекомендовать методику для проведения инженерных практических ра четов.

Ряд опытов,для электродвигателем в гло-ких пилиндрических корпусах с малым отношении.! длины корпуса к его диаметру,выполненных во определению средне;! теплоотдачи от корпуса,показывают,что в этом случае для расчета теплоотдачи может быть использована критериальная зависимость,полученная Улянпиким :>".Н. для электродвигателе»; постоянного тока мало;'; модности,не с постоянным коэффициентом в 1,2 раза ббльшим.

В пятой главе представлены тепловые и математические модели пассивных волноводяоп и проходной (оптическол) фазированных антенн и изложен метод их теплового расчета.

Сущность предлагаемого метода заключается в следующем.Используется общий подход поэтапного моделирования, ¡{а основе анализа конструктивного построения антенны и протекающих в ней тепловых процессов антенна разбивается на независимые в тепловом отношении области, привязанные к каналам охлаждения. Возможность такого разбиения в работе обоснована высокой интенсивностью вынужденно-конвективного теплообмена в каналах охлаждения антенны и слабыми тепловыми связями выделенной области с другими областями.Например,для волаоводной ентенны выделяются два типа областей:- области,связанные с каналами охлаждения фазовращателей (по. всей длине каждого канала)с соответ-

ствуэтими чрстлми фронтальной поверхности гнтенны; - области,свя-зрннно о конядамп охлаждения микросхем плат управления (по всей длина крярл«)с лрялегаш;ими чрстями задней поверхности антенны.Вся тепловая точность от тепловыделяющих элементов з кроной выделенной области отводится, конвекцией к охлачдагча.му воздуху в канале я кондук-циеЛ к задче.'! (или фронтально") стенке антенны (соответствуйте?. ап-деленно;1. области) с послезу0ап:л сбросом тепла конвенцией и излучение..: в охрутггцуп среду.Ягче,для призера,ведется изложение рг»с*>^-е для оолпетт! хг.яада охл?чдения микросхем длят управления.

К? пзрзо.! этяяе поэтодлего моделирования решается сгстедся одно-;/.ернкхг урав.чся.г^зрписянзнх для составных частей зыделеняоЛ области. Этими ссстай.-шмх частями являются: 1-я и 2-я плата, примыка-одая к ним по все.': длине кен?л? А» задняя поверхность антенни и воздух в канале.При этом предполагается,что модность источников тепловыделения вдоль стенок крярлр (или ялот) распределена непрерывно и одила-ково па обоих стенках и,следовательно,температуры плат 1п1(х)~ ¿„г/х)~ - ¿п (х) одинаковы. Осяов.чо;.' целью расчета ла данном этапе является получение нн1ор'Лоаии:а)о тепловом потока ср(.'х) ,передаваемом кондук-циел б поперечном (движению воздуха) нгправлении к з^дне": поверхности алтонт) для последующего сброс? в окружаюдуж среду; б) об и?"* нении срелнемзссозо.": температуры воздуха в канале .

Система уравнений для основных составных Частей выделенной области записывается в виде;

■Э - <*< - - ф о/х). % ,

г ~ ±г) + (ье-¿Г) ¿г) ,

где - теплопроводность платы; с" - эквивалентная толаинз платы; - нирияа платы; - высот? канала; В[■ - ширина задней поверхности выделенной области антенны; -удельная тепловая проводимость кондукцией от платы 2 конструктива обратно?, ее стороны к задней (боковой) поверхности области, рассчитывается по составленной тепловой схеме; оС( - коэффициент теплоотдачи при вынужденной козвекшя в кзяеле,рассчитываемый по известны.» зависимостях для равномерного теплоаодводя к стенка-ч; с4 -коэКишеят теплоотдача кон-

векске2 и излучением от бокови£ ло^ьрхясст"/ »кделелко!: областл антенны; р я 9 , - плотность "-1 текло емкость зоздуха; - расход воздуха через каягд; Ьп , г. - соответственно то»дервтург платы, воздуха б канале к Сокизо!: псвегхнсстл антенны,соответствующей выделенной области; - температура сгрукзкщг;; ерздк; .плотность теялоЕсго потека эпсокскххруетод на отсм этапе дараОолоЯ:

- .„г-ксимадыое и м;:н;:...одьлос значения параболы, зкбирг:стся свои для кй'Мгож. гь'дзлелно^ облаотх. Граничные услозкя кхест зич:

II )

где • ;: (5^, - кгоьодаостя с г л-пче^ и верхней лозерхностсЛ выделенной оЗлости к скружахдоГ среде; ¿0 температура воздуха на входе з канал (в обуем случае *,сжеТ отличаться от тзмлерзтуры окружающей среды).

Решение системы находится известными аналитическими ,.:етода»к, к, например, ь случае всех деЛстунтелълих и различных корней характеристического уравнения С-го порядка для дий! еренц/альясго уравнения для воздуха,получаемого при редении соответствующем системе (0) однородной системы,каждое ре. эн::е исходной системы (9)представляется супердозЕцхсХ с-х экспонент и многочлена 2-л стэлгКй.Лз втором этапе расчета определяется температуры корпусов микросхем или а наиболее теплонапрякенных точках '.[езозращагелем с учето.,. уже реального дискретного теплозыделония.Хспсльзуя данные 1-го этапа, находим мощность отводимую кендукцхеп к бокозо;: поверхности от гп по ходу воздуха микросхемы (или /п -го ряда микросхем) ( т = 0,1,2 ...) на рассматриваемой плате, и среднюю- под этим рядом температуру воздуха в канале .___^ч*-/

- ; / ; (.12>

X*»/ ■ С 13 )

,

где / - период рг.слодоре»т?я ¿икросхеи до ходу зоздуха; _ координата начала - гс ряда микросхем.

''ска-.ая температуре. гопховндедкадвгс элемента до ходу воздух? дг.хсдится сдедугд?обрззси

где Я*, - плодя дъ топлоотлоотеЗ лозерхяостк ел&лонтр.; - полная лсдлосгь г-гдлозкделочяя элемента; о^ - коэ-Т£гкиеят теплоотдачи при м;лу;:денлсй лонъ'гхдии ?. кзнздах о дискретны, л: источниками. Коэффициент теплоотдачи определяется по критериальным зависимостям, преялсдечнкм в главе 2 о учетом всех опредедяздхх тепдо-об.'.ен, при дискретном теглсподзодэ,параметров,Тэнаг образом, определяется температуры всех элемеятоз яа калдой плате виделеяяой области. Д-^лее рассчитквэется слодугдая область и т.д. Аналогично ря.ссчитгэээтоя области, дримика:гдиз к кэнзлу охлпмдзлия фазозря-щателел, при этом перегрев в наиболее теплояапря:?енной точке $язо-врясатедя (сто центре) находится по ^орл.удя.л,полуг-:енль<м в главе 4 для. внутреннего теплового сопротивления тзкогз ''¿азсвра^атгля. Для лрсходлзй (оптической) Тазироданной антенны выделяемой областью является сама сдвоенная линейка, Применяется оди^акнсй метод и. ло-лученлке а работе 'ормулы для расчета тепдсотдачя при вкяухдеяяо-ко.чеокпии в каяэлчх с дискретным теплолодзздом.Ззсимодёлстзие выделенных областей межет быть учтено в методе выполнением расчета последовательными приближениями и введением удельной мощности связи ка:-:;дой выделенной области о соседними (найденной по данным предыдущего прнбдлт.ения) в виде слагаемого з правую часть" 1-го уравнения систолах (9). Рясс.мотронным методом были проведены прзктич'е'екйё ' расчеты температурных полей пассивных фазированных антенн,

ОСЛСЗлЬЕ РЕЗУЛЬТАТЫ II ВЫЗОДЫ

I. Получены .точные аналитически? решения задач теплообмена з длинных плоских каналах с дискретным: источниками -¿плозыделения на станках з язеолряненней и сопряженной постановках при стабилизированном ламинарном течении при симметричном и яесижетричнсм диакретных обогревах, лрэдетевлзны зависимости длл среднего ня участке теплолодзеда числа А/ир. с т. основных определявших параметров как" для нечольлого участка канала,таи и для. области стабилизированного теплообмена. Устйлэзлзяа основные закономерности диск-

-хе-

рстаогс теплсподводп еря Енкукдаллс:;; кочгокцн'л.Испечь зг лякЛ метод рглглил сспр.акекнсЬ задачи ¿й&очгглуетс* дяй рвения :налогичных задач при прогзгольясм перкоянчсскоА' заколе изменения плотности тег.лсвого потока ка стелке.

.2. 3:-:по/*яеко зкедерпл,остальное исследоззяие теплоотдачи от не— .точнянов тепловиделеяик в вид» поперечных лслос стелках дг.лллс-го плоского кзязло при выну идейно;! коязекшаг воздухп. Эяслорилеата-льяыо даягшо для лэмкнарлого течения находятся в соотзстсггк? о результатами Аналитического селения. Для расчета теилсстдочп з-области стабилизированного теплоойнвйч ара турбулентном гочелпи предложена критериальная ззьнекмость.

с. Предложены тепловые ц мате.-.штпческие л;одели, познолях^пе рассчитать тепловой ре?хл осяслных олемелтоз онтелзкх с пег г;.:.

" Для определения внутреннего теплового сопротивления р-1-п. диодного сазовгадателя воднододнеи при характерном варианте 'его крепления в аппаратуре,получена зависимость, яорволяптцад определить ле-рогрев в наиболее ггплонзлрА-'еалол точке (з сг^едкае платы ;?озовра'Гзт-гля) относительно Соковых позоркностеГ; сснснзнил, через которые осуществляется сток тепл* в лондуктивяые тедлсотводы. Эти даяане могут использоваться при разработке новых аналогичных . $азоьрадгтелси,а тшеке для расчета их теплового режима при установке в прсектируему.о СР. •

Разработана мето,гика приближенного расчета теплового ре?.има моментных .электродвигателе;; тиля ДБ.,;,поз5оля:с:цая на ранней стадии проектирования определять основные конструктивные разборы цилиндрических гладких и оребрея"чх корпусов, (з том ч/.сле с учетом установки в привод на яееудув конструкцию в виде плиты),что необходимо, так как двигатели поставляются бескорпу'.-ны/.н:, Методика позволяет ; рассчитывать среднюю температуру обмотки статора в различных режимах оксплуатацни олектродвигателя в призода.х антенных систем,

4. Разработаны тепловые и матемгдичеокие модели и метод теплового расчета пассивных газированных антенн (боллободяых и проходных (оптических) ),что позволяет производить выбор основных параметров внутренней системы охлаждения антенны и обоснованно сформулировать требования к внешней СОТР.

ЦУШКйЦЖ Л0 ТЕЗ ЛХСС£РТл15ЮаН02 РАБОТЫ

1. .'¿¿ров .-..Л. ,Фоган А.Б. Исследование тепловых режимов узлов злсктроме.такотронньх преобразователей бесконтактного моментного-привода// .'материалы II всесоюзно!! научно-технической конференции по злектромехаяотронике 23-25 октября, 4.1. С-Петербург: АН СССР, I33I.-CiI-33. * * • * '

2. "аров л.К. Исследование теплообмена в плоских каналах с дискретными источниками тепловыделения// Вопросы радиоэлектроники.

Сер. ТРТО. вып.2, 1332.-С.76-83.

С',.т'£.ров А.Л. .Шасков А.Б. Доследование конвективного теплообмена в плоском канале с дискретным теплоподводом к.стенкам// Теплсмассообмен-."<'А5-32. Конвективный тепломассообмен. ТЛ,ч.I. -¿инсх: г.:К"ЛТмО км. à.З.Лыкова" АЛБ, 1332.-2.113-116.

4. .:!ароз А.Л. .Анализ теплового режима полупроводникового фазо-врадателя // Сборник "ТеплоЕне режимы и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры",;; I, I333.-C.I0-20.

5.'Парков a.B.,£аров л.Ii. метод теплового расчета пассивных фазированных антенных решеток// Изв. вузов. Приборостроение,

il 3, 1393.

6. Явяошан <5.Б. /.îapoa А. Л. Устройство для охлаждения радиоэлементов// a.C. iî 1403:336-,' Л05К 7/20, ;ЮЛ23/3& /СССР/

( опубл. з 1"9сог. ).

7. йролкш А.0..Жаров А.Л.Устройство, для охлаждения объекта// A.C. № 1670307, 7253 I9/G4 /СССР/ (опубл. в 1Э91г.Ь

Подписано к печати 26.Ii.S3 г. Объем 1,1 п.л.

Заказ 301 Тира:* 100 зк-з. Бесплатно

ротапринт. С.-ПИТМО. 190000, С.-Петербург, пер.Гривцова, 14

Л