Пример теплового моделирования одноэтажного шкафа

Цель работы. Определить средние температуры печатных узлов (ПУ) и конструкции радиоэлектронного шкафа в целом.

Исходные данные. В качестве исходных данных для расчета были получены чертежи конструкции и всех необходимых деталей, которые играют важную роль при анализе тепловых воздействий.

Одноэтажный радиоэлектронный шкаф состоит из трех блоков ПП, ВХ и ФМ, представленных на рис. 31.

Рис. 31. Конструкция одноэтажного радиоэлектронного шкафа

Были определены основные тепловыделяющие узлы и заданы мощности тепловыделения для блока Ф, которые составили:

• 1. ПУ ФК — 1,235Вт;
• 2. ПУ АНП — 0,806 Вт.

Мощности, рассеиваемые блоками БП и ФМ, составляют по 0,6 и 2 Вт соответственно.

Для расчета была принята температура окружающей среды +52С. Конструкция шкафа окружена воздухом.

Анализ тепловых процессов. На основе полученных данных была построена модель тепловых процессов (МТП) радиоэлектронного шкафа, показанного на рис. 32.

В данной модели (см. рис. 32) были определены следующие узлы:

Блок БП.

• 1 — левая стенка корпуса;
• 2 — правая стенка корпуса;
• 3 — верхняя стенка корпуса;
• 4 — нижняя стенка корпуса;
• 5 — передняя стенка корпуса;
• 6 — задняя стенка корпуса;
• 7 — печатный узел;
• 8 — окружающая среда;
• 26 — воздух внутри блока слева от печатного узла;
• 27 — воздух внутри блока справа от печатного узла.

Блок БП Блок Ф Блок ФМ Рис. 32. Модель тепловых процессов радиоэлектронного шкафа

Блок Ф.

• 9 — левая стенка корпуса;
• 10 — правая стенка корпуса;
• 11 — верхняя стенка корпуса;
• 12 — нижняя стенка корпуса;
• 13 — передняя стенка корпуса;
• 14 — задняя стенка корпуса;
• 15 — ПУ АНП;
• 16, 17 — алюминиевый слой между печатными узлами;
• 18 — ПУ ФК;
• 28 — воздух внутри блока слева от ПУ АНП;
• 29 — воздух внутри блока справа от ПУ ФК.

Блок ФМ.

• 19 — левая стенка корпуса;
• 20 — правая стенка корпуса;
• 21 — верхняя стенка корпуса;
• 22 — нижняя стенка корпуса;
• 23 — передняя стенка корпуса;
• 24 — задняя стенка корпуса;
• 25 — печатный узел.

Модель корпуса шкафа представляется в следующем виде.

Блок БП Стенки корпуса взаимодействуют между собой через кондуктивный теплоперенос, образуя связи 1−3, 1−4, 1−5, 1−6, 2−3, 2−4, 2−5, 2−6, 3−5, 3−6, 4−5, 4−6. Кроме того, узел 7 взаимодействует с передней, задней, верхней и нижней стенками посредством кондуктивной связи. Все стенки корпуса, кроме правой, взаимодействуют с внешней средой посредством излучения и конвекции, образуя связи 1−8, 3−8, 4−8, 5−8, 6−8. Печатный узел взаимодействует с левой и правой стенками посредством излучения, образуя связи 7−1, 7−2. Печатный узел взаимодействует посредством конвекции с воздухом внутри блока, образуя связи 1−26, 3−26, 4−26, 5−26, 6−26, 7−26 и 2−27, 3−27, 4−27, 5−27, 6−27, 7−27.

К соответствующим узлам были подключены ветви, представляющие собой источники мощности (7−0) и источники температуры (8−0).

Блок Ф Стенки корпуса взаимодействуют между собой через кондуктивный теплоперенос, образуя связи 9−11, 9−12, 9−13, 9−14, 10−11, 10−12, 10−13, 10−14, 11−13, 11−14, 12−13, 12−14. Кроме того, узлы 15, 16, 18 взаимодействуют с передней, задней, верхней и нижней стенками посредством кондуктивной связи. Стенки корпуса, кроме левой и правой, взаимодействуют с внешней средой посредством излучения и конвекции, образуя связи 11−8, 12−8, 13−8, 14−8.

Печатный узел АНП взаимодействует с ПУ ФК через алюминиевую прослойку посредством кондуктивной связи, образуя связи 15−16, 17−18.

ПУ АНП взаимодействует с левой стенкой посредством излучения, образуя связь 9−15.

ПУ АНП взаимодействует посредством конвекции с воздухом внутри блока, образуя связи 9−28, 11−28, 12−28, 13−28, 14−28, 15−28.

ПУ ФК взаимодействует с правой стенкой посредством излучения, образуя связь 18−10.

ПУ ФК взаимодействует посредством конвекции с воздухом внутри блока, образуя связи 10−29, 11−29, 12−29, 13−29, 14−29, 18−29.

К соответствующим узлам были подключены ветви, представляющие собой источники мощности (15−0, 18−0).

Блок ФМ Стенки корпуса взаимодействуют между собой через кондуктивный теплоперенос, образуя связи 19−21, 19−22, 19−23, 19−24, 20−21, 20−22, 20−23, 20−24, 21−23, 21−24, 22−23, 22−24. Кроме того, узел 25 взаимодействует с левой стенкой посредством кондуктивной связи. Все стенки корпуса, кроме левой, взаимодействуют с внешней средой посредством излучения и конвекции, образуя связи 20−8, 21−8, 22−8, 23−8, 24−8. Печатный узел взаимодействует с правой стенкой посредством излучения, образуя связь 25−20.

К узлу 25 была подключена ветвь, представляющая собой источник мощности (25−0).

Между собой блоки связаны кондуктивными связями: 2−9 (блоки БП и Ф), 10−19 (блоки Ф и П12-МII).

Результаты моделирования. Моделирование тепловых процессов осуществлялась при температуре окружающей среды + 52° С. В результате моделирования были получены значения температур в узлах модели:

Таблица 1. Результаты моделирования.

Номер узла.	Наименование.	Температура град.С.	Номер узла.	Наименование.	Температура град.С.
БЛОК БП.	левая стенка.			правая стенка.
	верхняя стенка.			нижняя стенка.
	передняя стенка.			задняя стенка.
7 26	печатный узел воздух внутри блока слева от печатного узла.	72 69	8 27	окружающая среда воздух внутри блока справа от печатного узла.	52 70
БЛОК Ф.	левая стенка.			правая стенка.
	верхняя стенка.			нижняя стенка.
	передняя стенка.			задняя стенка.
15 17 28	ПУ АНП правый край алюминиевого слоя воздух внутри блока слева от ПУ АНП.	70 70 69	16 18 29	левый край алюминиевого слоя ПУ ФК воздух внутри блока справа от ПУ ФК.	70 107 70
БЛОК П12-МII.	левая стенка.			правая стенка.
	верхняя стенка.			нижняя стенка.
	передняя стенка.			задняя стенка.
	печатный узел.

Выводы. В результате проведенного расчета были получены исходные данные (граничные условия) для последующего анализа температур электрорадиоизделий в составе печатных узлов АНП и ФК: 69 и 70 град.С.

Сравнение с экспериментом показывает, что погрешность моделирования блока составляет 2 град. С или 3% (расчетная температура корпуса 68 град. С, экспериментальная — 66 град. С).