Обеспечение тепловых режимов элементов радиоэлектронной аппаратуры с пространственным разделением термоэлектрического источника холода и объекта охлаждения

Исследование и разработка специальных средств теплозащиты радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), создание новых типов систем охлаждения, отвечающих специфическим требованиям, оптимизация их энергетических и технико-экономических показателей является важной народнохозяйственной задачей.

Функционирование, надежность и управление ряда приборов и устройств существенно зависит от систем обеспечения тепловых режимов (СОТР) их работы. Как правило, работа таких приборов и устройств связана с необходимостью отвода значительных плотностей потоков теплоты (микроэлектроника, радиоэлектроника, лазерная техника, оптика и др.).

Существующие в настоящее время устройства и системы для отвода теплоты и термостатирования не всегда отвечают указанным требованиям и не для всех объектов могут быть использованы.

Актуальность рассматриваемой в работе проблемы непосредственно связана с необходимостью разработки и всестороннего исследования СОТР РЭА, выполненной на базе полупроводниковых термоэлектрических батарей (ТЭБ), применение которой в различных областях науки и техники позволит решить задачу температурной стабилизации и управления режимами приборов и устройств с высокими тепловыми нагрузками.

В настоящее время у нас в стране и за рубежом уделяется большое внимание вопросу использования полупроводниковых термоэлектрических устройств (ТЭУ) в различных отраслях народного хозяйства. Важное место занимает исследование применимости ТЭУ в области обеспечения необходимых температурных режимов радиоэлектронных комплексов.

Это обусловлено рядом достоинств ТЭУ, к числу которых относятся:

— возможность получения искусственного холода при отсутствии движущихся частей и холодильного агента;

— универсальность, то есть возможность перевода термоэлектрического устройства из режима охлаждения в режим нагрева путем реверса постоянного тока;

— сочетание в едином устройстве таких традиционно раздельных элементов, как источник холода или тепла и теплообменный аппарат;

— возможность работы при любой ориентации в пространстве и при отсутствии гравитационных сил;

— простота устройства, компактность и взаимозаменяемость, возможность применения практически в любой компоновочной схеме;

— высокая степень надежности;

— практически неограниченный срок службы;

— возможность форсировки по холодопроизводительности;

— простота и широкий диапазон регулирования холодопроизводительности.

За последние десятилетия проведен достаточно большой объем теоретических и экспериментальных исследований полупроводниковых ТЭУ. Накопленный опыт по эксплуатации, надежности, работоспособности в специфических условиях, моторесурсу и другим технико-экономическим показателям подтверждает возможность широкого применения охлаждающих ТЭУ для различных объектов.

Несмотря на значительный прогресс в области термоэлектрической техники, на сегодняшний день все еще открыт вопрос о создании эффективных систем термоэлектрического охлаждения, позволяющих с максимальной эффективностью организовать отвод теплоты от радиоэлектронных приборов и элементов. Вместе с тем в практике эксплуатации РЭА часто возникает необходимость отделить источник холода от его потребителя. Данная ситуация возникает, например, когда элемент РЭА является составной частью аппаратуры с плотной упаковкой. В этом случае необходимо предусмотреть возможность сопряжения ТЭБ и элемента РЭА посредством специальных теплопроводов с минимальными потерями теплоты по их длине. При этом для эффективного охлаждения элементов РЭА с высоким уровнем тепловыделений необходимо использование ТЭБ с высоким значением плотности теплового потока. В этих условиях целесообразным будет использование сильноточных ТЭБ, в которых при небольшом количестве термоэлементов (ТЭ) за счет большого значения электрического тока может быть развита значительная холодопроизводительность. Важным является разработка такой конструкции сильноточной ТЭБ, в которой были бы практически исключены термомеханические напряжения, являющиеся следствием теплового расширения материала и биметаллического эффекта.

В соответствии с вышеизложенным целью диссертационной работы является разработка и всестороннее исследование СОТР элементов РЭА, являющихся составной частью аппаратуры с плотной компоновкой и расположенных в труднодоступных областях, с пространственным разделением термоэлектрического источника холода и объекта охлаждения, выполненной на базе сильноточных ТЭБ, в которых за счет специального конструктивного исполнения сведены до минимума термомеханические напряжения.

Основными задачами диссертационной работы являются:

1. Разработка СОТР элементов РЭА с пространственным разделением термоэлектрического источника холода и объекта охлаждения, выполненной на базе сильноточных ТЭБ слоистой конструкции.

2. Разработка математической модели системы охлаждения элементов РЭА с пространственным разделением термоэлектрического источника холода и объекта охлаждения, выполненной на базе сильноточных ТЭБ слоистой конструкции, с учетом возникающих в них термомеханических напряжений.

3. Исследование конструкции СОТР элементов РЭА на базе слоистых ТЭБ, в которой сопряжение последних с тепловыделяющим элементом осуществляется за счет гибкого цельнометаллического теплопровода.

4. Исследование конструкции СОТР элементов РЭА на базе слоистых ТЭБ, в которой сопряжение последних с тепловыделяющим элементом осуществляется за счет теплового сифона.

5. Проведение комплекса экспериментальных исследований.

6. На основе проведенных исследований разработка новых типов устройств для теплоотвода от элементов РЭА, являющихся составной частью аппаратуры с плотной упаковкой.

7. Практическая реализация результатов работы.

В диссертационной работе рассматриваются конструктивные решения системы охлаждения, позволяющие осуществить процесс охлаждения и элементов РЭА, являющихся составляющей частью радиоаппаратуры с плотной упаковкой или находящихся в труднодоступных местах. В СОТР РЭА используются ТЭБ слоистой конструкции, рассчитанные на значительны величины тока питания. При этом их сопряжение с радиоэлементами осуществляется за счет использования теплопроводов, выполненных либо цельнометаллическими, либо в виде тепловых сифонов. Разработаны математические модели функционирования СОТР с цельнометаллическими теплопроводами и теплопроводами, выполненными в виде тепловых сифонов. При моделировании работы сильноточной слоистой ТЭБ рассмотрены вопросы, связанные, с расчетом ее термомеханических характеристик.

Результаты теоретических исследований подтверждены серией экспериментов, проведенных для СОТР с цельнометаллическими теплопроводами на специально созданном стенде в соответствии с разработанными методиками проведения испытаний.

Проведенные исследования позволяют правильно оценить возможности СОТР, а также проводить целенаправленный и обоснованный ее выбор для различных объектов.

Практическая значимость выполненных исследований состоит в разработанных теоретических основах СОТР элементов РЭА на базе полученных в работе уравнений, учитывающих характеристики охлаждаемых объектов, слоистых ТЭБ, а также параметры среды. Определена методика для всестороннего анализа работы СОТР, а также влияния характеристик охлаждаемого объекта и других факторов на их энергетические и технико-экономические показатели. Проведенные исследования позволяют правильно оценить возможности представленной к рассмотрению СОТР, проводить целенаправленный и обоснованный ее выбор для организации заданного температурного режима различных радиоэлектронных объектов. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать практические рекомендации по использованию теплоотводящих систем при различных условиях эксплуатации с учетом тепловых нагрузок, массогабаритных характеристик и других показателей для объектов РЭА.

Полученные результаты исследований нашли практическое применение в различных организациях и предприятиях. Отдельные разработки при непосредственном участии автора испытаны, внедрены и переданы организациям электронной промышленности, средств автоматики и систем управления. Реализация результатов работы на объектах улучшило тактико-технические данные, эффективность, точность и качество устройств и систем, в которых они применялись. Внедрение разработанных устройств и систем на предприятиях позволило достичь существенного экономического эффекта.

Проводимые исследования являлись составной часть госбюджетной научно-исследовательской темы «Исследование термомеханических напряжений в сильноточных ТЭБ» в рамках тематического плана Дагестанского государственного технического университета по заданию Федерального агентства по образованию.

Диссертация подводит итог комплексу исследований, выполненных автором за последние три года в Дагестанском государственном техническом университете.

Выводы.

По результатам проведенных экспериментальных исследований сделаны следующие выводы:

1. Для проведения исследований СОТР, выполненной на базе сильноточной слоистой ТЭБ, сопрягаемой с тепловыделяющим элементом посредством цельнометаллических теплопроводов, собран экспериментальный стенд, включающий в себя опытный образец системы, источник постоянного электрического тока и комплекс для измерения температуры в контрольных точках.

2. Были проведены измерения температуры в различные моменты времени в контрольных точках опытного образца СОТР при фиксированных значениях токов питания ТЭБ. Контрольные точки располагались по длине теплопровода, на холодной коммутационной пластине, жидкостном теплооб-менном аппарате. Исследовалось изменение температуры по длине теплопроводов, выполненных из меди и алюминия. ч.

3. Максимальное снижение температуры получено при увеличении тока питания ТЭБ до 50 А. При этом температура коммутационной пластины снижалась до 258,5 К, контрольной точки в конце теплопровода — 264 К. Соответственно при последовательном уменьшении питающего ТЭБ электрического тока до 40, 30, 20 и 10 А температура коммутационной пластины снижалась до 261,5, 267,5, 273 и 280 К, а на конце теплопровода — до 268,5, 273, 279, 285,5 К.

4. Согласно полученным данным перепад температур между холодным спаем ТЭБ и концом теплопровода длиною 42,5 см, выполненным из меди, составляет порядка 6 К. При этом данная величина перепада температур имеет примерно то же значение в диапазоне токов питания ТЭБ от 10 до 50 А. Для алюминиевого теплопровода той же длины и токе питания ТЭБ перепад температур между холодной коммутационной пластиной и концом теплопровода составляет 9,3 К.

5. Результаты эксперимента говорят об эффективности использования медных теплопроводов в тех случаях, когда предъявляются особые требования к температурным потерям по их длине и отсутствуют ограничений по массе и стоимости устройства охлаждения. В противном случае, особенно когда длина теплопровода незначительна, более эффективным будет применение алюминиевых теплопроводов, менее дорогих, чем медные и имеющих также меньшую массу.

6. Согласно результатам эксперимента для опытного образца СОТР продолжительность выхода на стационарный режим работы составляет 20−25 мин. для различных точек системы. При этом продолжительность выхода на стационарный режим для контрольной точки, расположенной в конце теплопровода несколько выше, чем для холодной коммутационной пластины, и составляет около 25 мин., тогда как для последнего случая эта величина не превышает 20 мин.

7. В соответствии с опытными данными для отвода теплоты от горячей коммутационной пластины не требуется принятия специальных мер, для этого достаточно применение жидкостного теплосъема с комнатной температурой жидкости и незначительным массовым расходом.

8. При работе ТЭБ в режиме нагрева при увеличении величины тока питания ТЭ температура коммутационных пластин значительно возрастает. При изменении тока питания с 20 до 50 А температура горячей коммутационной пластины увеличивается с 334 до 350, К, при этом температура на конце медного теплопровода изменяется с 329 до 344 К. Разность температур между горячей коммутационной пластиной концом теплопровода составляет примерно ту же величину, что и для случая работы ТЭБ в режиме охлаждения. Данное значение перепада температур в диапазоне токов от 10 до 50 А составляет 5−7 К.

9. Среднее отклонение экспериментальных данных от расчетных составило не более 9% на всем диапазоне измерений.

4. КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ С ПРОСТРАНСТВЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ХОЛОДА И ОБЪЕКТА ОХЛАЖДЕНИЯ.

4.1. Устройства для охлаждения элементов радиоэлектронной аппаратуры, выполненные на базе сильноточных термоэлектрических батарей слоистой конструкции, с цельнометаллическими теплопроводами.

Современные устройства РЭА характеризуются высокими локальными рассеяниями тепла, что вызывает дестабилизацию их работы и снижает надежность. Применение СОТР на основе воздушного, водяного охлаждения или тепловых труб часто невозможно из-за эксплуатационных и массогаба-ритных ограничений. Поэтому решение задачи температурной стабилизации РЭА может быть получено применением в качестве СОТР охлаждающих полупроводниковых ТЭУ, оптимально сочетающихся с РЭА по важнейшим энергетическим и массогабаритным показателям. При этом часто тепловыделяющий элемент РЭА является только составной частью аппаратуры, имеющей плотную упаковку. Поэтому осуществить его непосредственный контакт с СОТР достаточно затруднительно. В данных условиях целесообразным является размещение источника холода вне аппаратуры, а его сопряжение с элементом РЭА посредством специальных теплопроводов.

В связи с этим разработано устройство на базе полупроводниковых сильноточных ТЭБ специальной конструкции, в котором сопряжение элемента РЭА и термоэлектрического источника холода осуществлялось посредством теплопроводов, выполненных их высокотеплопроводного материала (например, меди или алюминия) [64].

Достоинством данной конструкции СОТР является возможность механической развязки объекта охлаждения, ТЭБ и системы теплосброса, а также простота сопряжения с охлаждаемым (нагреваемым) объектом, размещенным в труднодоступных удаленных друг от друга местах, в том числе являющимися составной частью блока с плотной упаковкой элементов, или размещаемыми в герметичном объеме.

Конструкция устройства приведена на рис. 4.1, а внешний вид на рис. 4.2.

ТЭБ содержит последовательно соединенные в электрическую цепь полупроводниковые ТЭ, каждый из которых образован двумя ветвями (столбиками, выполненными либо цилиндрическими, либо в виде прямоугольного параллелепипеда), изготовленными из полупроводника соответственно ри п-типа 1 и 2. Ветви 1 и 2 ТЭ расположены вдоль линии, а коммутационные элементы 3 и 4 выполнены в виде гибких электроизолированных друг от друга теплопроводов — медных шин 5 с контактными площадками 6 и 7 на концах, изготовленными из электропроводного материала. Контактные площадки 6 соединены с двух сторон с ветвями полупроводника ри п-типа 1 и 2, а контактные площадки 7 — с электроизолированными друг от друга контактными площадками 8, выполненными в виде пленок металлов или сплавов, нанесенных на керамические пластины — теплопереходы 9 или в виде медных пластин, напаянных на электроизолированные пленочные контакты керамической пластины, причем все четные коммутационные пластины 4 соединены с одним, а нечетные 3 — другим теплопереходом. Контакты 10 служат для подвода электрической энергии к ТЭБ.

При прохождении по ТЭБ постоянного электрического тока, подаваемого от источника электрической энергии через контакты 10, между коммутационными элементами 3 и 4, представляющими собой контакты ветвей ри п-типа 1 и 2, возникает разность температур, обусловленная выделением и поглощением теплоты Пельтье в местах соединения ветвь р-типа 1 — контактная площадка 6 — ветвь п-типа 2 и ветвь п-типа 2 — контактная площадка 6 — ветвь р-тнпа 1. При указанной на рис. 4.1 полярности электрического тока происходит нагрев коммутационных элементов 3 и охлаждение коммутационных элементов 4. Соответственно имеет место охлаждение верхнего теп-лоперехода 9, контактирующего через электроизолированные площадки с коммутационными элементами 3. Если при этом за счет теплоотвода температура нижнего теплоперехода 9, контактирующего через площадки 8 с коммутационными элементами 3, поддерживается на постоянном уровне, то температура верхнего теплоперехода, находящегося в тепловом контакте с коммутационными элементами 4 через контактные площадки 8, понизится до некоторого определенного значения. При заданном электрическом токе величина снижения температуры на верхнем теплопереходе 9 будет зависеть от тепловой нагрузки на нем. Тепловая нагрузка складывается из теплопри-тока от окружающей среды, тепла от горячих контактов, обусловленного теплопроводностью образующих ТЭБ ветвей, теплоты Джоуля, а также тепла, поступающего от объекта охлаждения.

Предложенное исполнение ТЭБ позволит осуществлять механически гибкое сочленение охлаждаемого объекта (источника теплоты) и системы те-плосброса, а также контакт с охлаждаемым (нагреваемым) объектом, находящимся в труднодоступном месте за счет специальной конструкции коммутационных элементов (протяженности и гибкости), при этом потери тепла на коммутационных элементах будут незначительны.

К другим достоинствам СОТР в данном исполнении следует отнести следующее.

1. В указанных конструкциях в значительной мере устраняются перетоки тепла с горячего теплоперехода на холодный теплопереход по межтермо-элементным пространствам за счет их более плотной упаковки.

2. Исключаются механических напряжений, вызванных тепловым расширением материалов и биметаллическим эффектом и, следовательно, повышается надежность ТЭБ.

3. Коммутирующие пластины вследствие специфики исполнения электрических контактов ТЭБ могут иметь намного меньшую толщину, чем в существующих, следствием чего является уменьшение их электрических сопротивлений и теплоемкостей, что дает возможность достигнуть более низких температур, а также уменьшает длительность выхода термобатареи на рабочий режим.

4. В ТЭБ могут быть использованы ветви различной длины, что дает возможность более точного согласования таких параметров, как оптимальный ток и перепад температур для каждой пары ветвей ри птипа, следствием чего является повышение энергетической эффективности термоэлектрической батареи.

5. Уменьшается толщина теплопереходов — слой диэлектрического материала имеет незначительную толщину.

6. Улучшаются условия теплосъема с тепловыделяющих контактов ТЭБ, являющиеся следствием малого термического сопротивления коммутационных пластин.

Модификацией данного конструктивного варианта устройства для охлаждения элементов РЭА является прибор [25], схематическое изображение которого приведено на рис. 4.3. Здесь цифрой 11 изображена теплоизоляция. В нем ветви 1 и 2 выполнены наклонными в одной из координатных плоскостей. Причем ветви 1 расположены под углом, противоположным углу наклона ветвей 2, а угол наклона между ветвями 3 лежит в пределах — < Э < п .

При этом коммутационные пластины 3 и 4 на одних концах имеют скосы под тем же углом и впаяны в пространство, ограниченное концами ветвей р-и п-типов 1 и 2. Поверхность структуры, образованной ветвями ТЭБ покрыта слоем диэлектрического теплоизоляционного материала 11.

Достоинством данной конструкции является увеличение теплоотдачи коммутационных пластин ТЭБ к объекту охлаждения (элементу РЭА).

Охлаждение шпшпи.

UHtlUUHiUl.

Нагрев.

Рис. 4.1. Конструкция устройства для охлаждения элементов РЭА, выполненного на базе сильноточных ТЭБ слоистой конструкции, с цельнометаллическими теплопроводами.

Рис, 4.2. Внешний вид устройства для охлаждения элементов РЭА, выполненного на базе сильноточных ТЭБ слоистой конструкции, с цельнометаллическими теплопроводами.

Рис. 4.3. Модификация устройства для охлаждения элементов РЭА, выполненного на базе сильноточных ТЭБ слоистой конструкции, с цельнометаллическими теплопроводами.

4.2. Устройства для охлаждения элементов радиоэлектронной аппаратуры, выполненные на базе сильноточных термоэлектрических батарей слоистой конструкции, с тепловыми термосифонами.

Для повышения эффективности передачи теплоты от источника холода, выполненного в виде слоистой ТЭБ, к элементу РЭА в качестве теплопровода, как это было показано в параграфе 2.4 эффективно использование тепловых сифонов. Основным достоинством теплового термосифона является возможность использования егодля передачи на относительно большое расстояние (до 2−3 м), практически без потерь, тепловой энергии с большими значениями теплового потока. Так например, при* использовании теплового термосифона, рассчитанного в процессе выполнения настоящей работы, плотность теплового потока была немногим менее 1,4−104 Вт/м2, при этом те-плопотери при длине теплопровода не превышали 900 Вт/м" при его длине 42,5 см. Столь исключительные особенности тепловых сифонов открывают широкие возможности использования их в термоэлектрическом приборостроении для интенсификации процессов теплообмена и соответственно улучшения энергетических характеристик СОТР элементов РЭА. Кроме того, использование тепловых сифонов позволяет создавать более рациональные и технологические конструкции электронных охлаждающих приборов в целом.

Работа совместно ТЭБ связана с рядом специфических особенностей, основными из которых являются: работа в области как положительных, так и отрицательных температурнеобходимость создания герметичной системы, обеспечивающей длительный срок службы—выбор оптимального для рабочего интервала температур теплоносителявлияние концентрации неконденсирующихся газов, находящихся в системе теплового термосифона, на перепад температур в области 0−100 °С и некоторые другие.

В соответствие с указанными требованиями разработана конструкция СОТР на базе сильноточной слоистой ТЭБ, в которой сопряжение ее с элементом РЭА осуществлено посредством тепловых сифонов, изображенная на рис. 4.4. СОТР включает в себя ТЭБ, теплопроводы, выполненные в виде тепловых сифонов и систему съема теплоты с горячих коммутационных пластин ТЭ.

ТЭБ также содержит последовательно соединенные в электрическую цепь полупроводниковые ТЭ, каждый из которых образован двумя ветвями, изготовленными из полупроводника соответственно ри п-типа 1 и 2. Ветви.

I и 2 ТЭ расположены вдоль линии, а коммутационные элементы 3 и 4 выполнены в виде полых электроизолированных снаружи гибких трубок 5, заправленных теплоносителем 6, на концах которых вакуумно герметично установлены контактные площадки 7, 8, при необходимости снабжаемые со стороны, находящейся в трубке 5, оребрениями 12. При этом контактные площадки 7 на одном конце коммутационных элементов с двух сторон соединены с ветвями полупроводника ри п-типа 1 и 2, а контактные площадки 8 на другом конце коммутационных элементов — с электроизолированными друг от друга площадками 9, выполненными в виде пленок металлов или сплавов, нанесенных на керамические пластины — теплопереходы 10 или в виде медных пластин, напаянных на электроизолированные пленочные контакты керамических пластин, причем все четные коммутационные элементы 4 соединены с одним, нечетные 3-е другим теплопереходом 10. Контакты.

II служат для подвода электрической энергии к ТЭБ.

СОТР работает следующим образом.

При прохождении по ТЭБ постоянного электрического тока, подаваемого от источника электрической энергии через контакты 11, между соседними контактными площадками 7, представляющими собой контакты ветвей ри п-типа 1 и 2, возникает разность температур, обусловленная выделением и поглощением теплоты Пельтье. При указанной на рис. 4.4 полярности имеет место нагрев нечетных контактных площадок 7 и охлаждение четных.

При повышении температуры нечетных (горячих) контактных площадках 7 с поверхности оребрения 12 происходит интенсивный отвод теплоты за счет испарения или кипения теплоносителя 6. Образующийся пар поднимается в верхнюю часть трубок 5, где через оребрение 12, контактные площадки 8, площадки 9, верхний теплопереход 10 обменивается теплом с окружающей средой, либо с теплообменником (на рис4.4 не показан). Вследствие подобного теплообмена пар конденсируется на поверхности оребрения 12, образовавшийся конденсат стекает вниз и поступает в нагреваемый участок (область трубок 5, находящаяся в непосредственной близости с контактными площадками 7). Отвод теплоты от «горячих» контактных площадок 7, таким образом, осуществляется за счет испарения или кипения теплоносителя 6.

При тепловом контакте нижнего теплоперехода 10 с объектом охлаждения (на рис4.4 не показан) происходит его нагрев, а также нагрев площадок 9 и контактных площадок 8. При повышении температуры контактных площадок 8 и соответственно оребрения 12 за счет теплоотвода от объекта охлаждения происходит испарение или кипение теплоносителя 6 на поверхности контактных площадок 8 или оребрения 12. Образовавшийся пар перемещается в верхнюю часть трубок 5. В верхней части трубок 5 происходит конденсация теплоносителя 6 вследствие теплообмена с оребрением 12 четных («холодных») контактных площадок 7. Далее происходит стекание теплоносителя 6 вниз — в нагреваемую зону (область трубки 5, находящаяся в непосредственной близости от объекта охлаждения). Интенсивный отвод теплоты от объекта охлаждения в данном случае обеспечивается за счет высокого коэффициента теплоотдачи при испарении и конденсации теплоносителя 6.

На рис. 4.5 как и в случае цельнометаллического теплопровода изображена модификация СОТР, в которой ветви ТЭ расположены под углом друг к другу, а коммутационные пластины впаяны в пространство, ограниченное концами ветвей ри п-типов 1 и 2. Коммутационныепластины 2 и 3 выполнены в форме трехгранной призмы с одним двугранным углом равным 3 и впаиваются в пространство, ограниченное концами ветвей р- 3 и п-типов 4. Причем оставшаяся третья грань коммутационных пластин свободной поверхностью приведена в тепловой контакт с полыми электроизолированными снаружи гибкими трубками 12 и 13, при необходимости имеющими внутреннее оребрение и заправленными теплоносителем. Своими свободными концами гибкие трубки сопрягаются с охлаждаемым и нагреваемым объектами.

Система теплосброса f t t f t t t f t t t t t t t t t t tttttttttttt.

Элемент РЭА.

Рис. 4.4. Конструкция устройства для охлаждения элементов РЭА, выполненного на базе сильноточных ТЭБ слоистой конструкции, с тепловыми сифонами.

Рис. 4.5. Модификация устройства для охлаждения элементов РЭА, выполненного на базе сильноточных ТЭБ слоистой конструкции, с тепловыми сифонами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Решена важная научно-прикладная проблема, связанная с обеспечением тепловых режимов функционирования элементов РЭА, являющихся составной частью аппаратуры с плотной упаковкой и находящихся в труднодоступных местах.

Разработан новый тип СОТР радиоэлектронных приборов на базе сильноточных слоистых ТЭБ. Для организации эффективного теплоотвода от элементов РЭА, являющихся составной частью аппаратуры с плотной упаковкой и удаленных от источника холода, использованы специальные теплопроводы, выполненные цельнометаллическими или в виде тепловых сифонов.

Созданы математические модели, описывающие работу СОТР. При построении математической модели СОТР, выполненной на базе сильноточных слоистых ТЭБ, рассмотрена задача, связанная с определением теплового поля слоистого ТЭ, а также в теплопроводах. При этом для учета большего количества факторов, влияющих на работу ТЭУ, исследовано двумерное нестационарное тепловое поле ТЭ, а также поле распределения температур в цельнометаллическом теплопроводе. Для исследования работы ТЭУ при использовании в качества теплопровода теплового термосифона необходимо решена задачу тепломассопереноса при испарении и конденсации теплоносителя, а также при его движении в транспортной зоне теплового термосифона. Для анализа термомеханических характеристик слоистого ТЭ произведен расчет величины механических напряжений и деформаций, возникающих в нем, произведено сравнение расчетных данных для случая классического П-образного ТЭ.

Экспериментальные исследования СОТР с цельнометаллическими теплопроводами подтвердили правомочность разработанных математических моделей. Отклонения между расчетными данными и результатами экспериментов не превышали 9% на всем диапазоне измерений.

На основе проведенных исследований разработаны ТЭУ для обеспечения тепловых режимов работы РЭА и ее элементов, которые могут найти применение в радиоэлектронике, микроэлектронике, а также других отраслях народного хозяйства.

Ряд методик и рекомендаций по использованию охлаждающих устройств внедрены в производство и нашли практическое применение в учебном процессе.

Совокупность результатов проведенных исследований позволяет использовать их в качестве научной основы в дальнейшем при разработке и создании термоэлектрических устройств для отвода тепла и термостабилизации РЭА. Необходимость продолжения работ в этом направлении подтверждается включением их в государственную научно-техническую программу.