Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Розрахунок теплового режиму РЕА з довільним розташуванням модулів в умовах повітряного охолодження
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
ЗІ
Кафедра:
Кафедра САПР
Інформація про роботу
Рік:
2010
Тип роботи:
Курсовий проект
Предмет:
Системи комп'ютерного проектування
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
Кафедра САПР
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
З курсу “Розробка систем комп’ютерного проектування”
на тему:
“ Розрахунок теплового режиму РЕА з довільним розташуванням модулів в умовах
повітряного охолодження ”
Допущений до захисту:
Львів – 2010
Завдання на курсовий проект
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ „ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
Інститут: _________ІКНІ ________ Кафедра: ___ _____ САПР _____________
Спеціальність: __________Інформаційні технології проектування__________
Завдання
На курсовий проект студентові
_____________________Оксенчук Сергій Миколайович ___________________
Тема курсової роботи: «Розрахунок теплового режиму РЕА з довільним розташуванням модулів в умовах повітряного охолодження»
Термін здачі студентом закінченого проекту «__» _________ 2010 року
Вхідні дані до проекту (роботи)
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить розробити):
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Дата видачі завдання «__» __________ 2010 року
Викладач: ________________________________________
(Підпис)
Керівник: ________________________________________
(Підпис)
Завдання прийняв до виконання: _____________________
(Підпис)
Календарний план
№ п/п
Назви етапів виконання курсового проекту
Термін виконання етапів курсового проекту
Примітка
№ п/п
Назва етапів курсової роботи
Термін виконання етапів роботи
Примітки
1
Пошук необхідної літератури
21.09 – 11.11
Виконав
2
Пошук необхідної інформації в мережі Internet
12.10 – 2.12
Виконав
3
Обробка відповідної літератури
3.11 – 15.12
Виконав
4
Написання теоретичної частини курсової роботи
16.12 -21.12
Виконав
5
Остаточна перевірка, закінчення курсової роботи
22.12.10
Виконав
Студент: _______________________________
(Підпис)
Викладач: ______________________________
(Підпис)
Анотація
Дана пояснювальна записка складається з 37 аркушів тексту, 1 малюнок та 1 доаток. В процесі роботи над даним курсовим проектом, було використано кілька інформаційних джерел у тому числі мережа Internet.
Метою даної роботи є розрахунок теплового режиму РЕА з довільним розташуванням модулів в умовах повітряного охолодження.
Зміст
Завдання на курсовий проект 2
Календарний план 3
Анотація 4
Зміст 5
Перелік умовних скорочень 7
Вступ 8
Характеристики об'єкта проектування 10
Відомості з радіотехніки 10
Споживчі властивості радіоелектронної апаратури 11
Комплектуючі вироби 12
Огляд інформаційних джерел 13
Системний аналіз обєкта проектування 21
Основні типи і критерії вибору джерел живлення для радіоелектронної апаратури 23
Постановка задачі 26
Аналітиичні методи 28
Опис власного технічного рішення 29
Агоритми автоматизованого розв’язання 29
Блок-схема роботи об’єкту проектування 33
Опис блок-схеми 33
Програмна реалізація 34
Принципи С++ 34
Обґрунтування вибору складових технічного та програмного забезпечення 38
Висновки 39
Список використаної літератури 40
Додаток 1 41
Перелік умовних скорочень
РЕА- Радіо-електрона апаратура
ПРЕА- побутова радіоелектронна апаратура
ВІС-Великі інтегральні схеми
ДЖ-Джерело живлення
Вступ
Проникнення радіоелектроніки у всі області науки і техніки потребує все більшого вдосконалення радіоелектронної апаратури, зменшення її ваги і габаритів, підвищення її надійності. Ці вимоги привели до якісно нових принципів проектування і виробництва апаратури, до створення науки про проектування радіоелектронних пристроїв.
Різко збільшився обсяг необхідної початкової інформації для створення оптимальних радіоелектронних систем. Отримання такої інформації потребує тісного зв'язку радіоелектроніки з іншими галузями науки і техніки (математикою, фізикою, теплофізикою, електронно-обчислювальною технікою та ін.) У потоці необхідної інформації чинне місце посідають відомості про характер теплового режиму приладу, який разом з іншими чинниками істотно позначається на надійності, вагових і габаритних розмірах системи в цілому.
У зв'язку з цим набуває актуального значення дослідження теплових режимів і розробка методів розрахунку температурних полів РЕА, що дозволяють отримати для конструктора апарату необхідну інформацію про температурний режим, як окремих елементів монтажу, так і апарату в цілому.
Проектування оптимального за габаритами і надійністю радіоелектронного апарату, що відповідає всім вимогам сучасної електроніки, передбачає строгий облік температурного режиму його елементів. Напружений тепловий режим сучасних РЕА визначає надійність і витікає із таких особливостей їх конструкцій:
– інтенсивне розсіювання теплової енергії. Приблизно 90% усіх форм енергії перетворюється в РЕА на теплову енергію;
– висока густина монтажу елементів у середині апарату і деталей у середині самих елементів, що сприяють тепловому контакту (взаємодії) між елементами. За останні 10 – 15 років густина елементів РЕА зросла в 10 – 100 разів, а деталей у самих елементах - в 300 разів. Ще більш швидкими темпами очікується це зростання у майбутньому;
– низькі гранично допустимі значення температур (50 0С – 100 0С), що забезпечують надійне функціонування елементів.
Таким чином, це викликає необхідність вирішення ряду теплотехнічних задач, пов’язаних із визначенням характеру температурного поля РЕА на всіх етапах проектування.
Характеристики об'єкта проектування
Радіоелектронна апаратура (скорочено — РЕА) — технічні засоби, що створені на принципах електроніки та радіотехніки та призначені для передавання, приймання, перетворення та обробки інформації з використанням електромагнітної енергії.
Радіоелектронну апаратуру поділяють за такими ознаками:
За галуззю застосування (наприклад, медична, зв'язку, космічна, військова, побутова та інша).
За типом каналу передачі інформації — гідроакустична, оптоелектронна, радіотехнічна, інфрачервона тощо.
За призначенням — діагностична, дистанційного керування, слідкування, розвідувальна та інша.
За способом використання та базування — мобільна, стаціонарна, корабельна, космічна, підводна та інша.
Відомості з радіотехніки
Провідне місце серед складно-технічних товарів культурно-побутового призначення займає побутова радіоелектронна апаратура (ПРЕА). Науково-технічний прогрес сприяє появі на споживчому ринку нових видів товарів.
Радіозв'язок - це передача і прийом будь-якої інформації за допомогою радіохвиль, тобто електромагнітних коливань високих частот. Цей спосіб був відкритий і вперше продемонстрований А. С. Поповим.
Спектр радіохвиль ділиться на діапазони. Сучасні радіоприймальні пристрої можуть мати кілька діапазонів частот, що приймаються; довгі хвилі - частота 148,0 - 285,0 кГц; середні хвилі - частота 525,0 - 1607 кГц; короткі хвилі - частота 3,95 - 12,1 мГц; ультракороткохвильовий діапазон: УКХ I - 65,8 - 74,0 мГц, УКХ II - 100 - 108 мГц.
Система радіозв'язку включає радіопередавач і радіоприймач. В радіоприймачі звукові хвилі перетворюються в електричні коливання низької частоти. Низькочастотні коливання не можуть випромінюватися на великі відстані, тому для їх перенесення використовуються коливання високої частоти, які виробляються спеціальними генераторами і називаються генераторами несучої частоти.
Споживчі властивості радіоелектронної апаратури
Споживчі властивості радіоприймальної апаратури характеризуються функціональними, ергономічними властивостями, а також властивостями надійності та безпекою споживання.
Для споживачів радіоприймачів найважливішими є наступні функціональні властивості: можливість прийому передач різних мовних станцій; здатність радіоприймача від заважають радіостанцій і перешкод; здатність радіоприймача стійко приймати станцію, на яку він налаштований; вірність звуку, відтвореного радіоприймачем (ступінь відповідності звуку, електромагнітним сигналам, що надійшли на антену радіоприймача); гучність звуковідтворення; можливість стереозвучання.
Ергономічні властивості характеризують відповідність апаратури ергономічним вимогам людини. Наприклад: підготовка обладнання до експлуатації; зручність експлуатації, наприклад наявність автоматичного, сенсорного або мікропроцесорного управління.
Естетичні властивості характеризують здатність апаратури задовольняти естетичні потреби людини. Вони включають такі показники, як інформаційна виразність, раціональність форм, досконалість виробничого виконання.
До інформаційної виразності відносять наявність рис, властивих естетичним поглядам споживача сьогоднішнього дня.
Раціональність форми виявляється в ступені відповідності форми апаратури її функцій, лаконічності компонування, компактності форми.
Досконалість виробничого виконання зовнішнього виду забезпечує товарний вигляд апаратури - ретельність і якість обробки поверхні, декоративність і міцність покриттів, чистота виконання сполучень, стійкість до пошкоджень і збереження первісного виду, чіткість і виразність фірмового знака і промальовування написів і позначень.
Надійність включає показники безвідмовності, довговічності, ремонтопридатності і збереженості.
Безпека споживання характеризує ступінь захисту людини від впливу небезпечних і шкідливих факторів, що виникають при експлуатації ПРЕА. Показниками безпеки споживання є електрична міцність ізоляції, вогнестійкість, ефективність дії захисних пристроїв.
Комплектуючі вироби
Комплектуючі вироби радіоелектронної та електротехнічної апаратури включають в себе: резистори; конденсатори; напівпровідникові прилади; інтегральні мікросхеми; мікрофони; гучномовці; трансформатори; котушки індуктивності, дроселі; електровакуумні прилади; конденсатори; мікропроцесори; індикаторні пристрої; радіокоммутаціонние вироби; приналежності радіоелектронної апаратури; електродвигуни; електроакустичні прилади та ін
Асортимент комплектуючих виробів налічує кілька тисяч позицій. Число електрорадіоелементів, що входять до радіоелектронне пристрій протягом десятиліття зростає в 5 - 10 разів, тому важливого значення набувають проблеми підвищення надійності апаратури та її елементів і їх мікромініатюризація.Елементна база радіоелектронної апаратури пройшла у своєму розвитку кілька етапів - від електронних ламп до інтегральних мікросхем. Інтегральні мікросхеми представляють собою схему з вже змонтованими елементами.
До приладдя для РЕА відносяться вироби, необхідні для нормальної експлуатації апаратури. До них відносяться хімічні джерела струму, зарядні пристрої, блоки живлення, антени зовнішні і кімнатні, штепсельні з'єднання, носії запису.
Огляд інформаційних джерел
В кінці 50-х років XX ст. виникла гостра проблема забезпечення теплового режиму РЕА, і для її вирішення були розгорнуті широкі дослідження як у нашій країні, так і за кордоном. Приблизно на 10-15 років пізніше, в кінці 60-х - початку 70-х років, аналогічні завдання встали і при створенні різних оптико-електронних і механічних пристроїв: об'єктивів аерокосмічної оптики, твердотільних, напівпровідникових, рідинних та інших типів лазерів, елементів волоконної та інтегральної оптики, конденсорів потужних освітлювальних систем, гіроскопів і т. д. В даний час сформувалася ціла галузь науки і техніки, в якій працює велика кількість фахівців, що займаються забезпеченням теплових режимів різних приладових комплексів. Проектування проводиться на основі моделювання теплового режиму об'єкту. Для реалізації моделювання необхідно розробляти фізико-математичні моделі об'єктів, обчислювальні методи, що забезпечують можливість проведення розрахунків. Труднощі, що виникають при вирішенні цих завдань, викликані великою різноманітністю проектованих пристроїв, необхідністю розгляду процесів теплообміну в складних системах тіл і рухомих холодоагентів, а також вимогою отримання в результаті розрахунків інформації про багатовимірних просторових температурних полях об'єктів. Досвід теплового проектування різних складних об'єктів електроніки, енергетики, оптико-електронних і механічних пристроїв показав ефективність застосування для розрахунку теплових режимів підходу, названого методом поетапного моделювання. Його застосування дозволяє виділити обмежену кількість математичних моделей, що охоплюють різноманіття приладових комплексів, розробити для них обчислювальні методики і створити таким чином досить універсальне програмне забезпечення. Приблизно до початку 70-х років основний обсяг розрахунків теплових режимів проводився на основі аналітичних методів, яким було присвячено більшість опублікованих на той часу робіт. В даний час за оцінками авторів понад половини розрахунків ведеться за допомогою програм, що реалізують ті чи інші 'чисельні методи. Разом з тим зберегли своє значення і аналітичні методи, які використовуються зараз в основному для проведення приблизних, оціночних розрахунків, що дозволяють визначити загальний характер впливу тих чи інших конструктивних або режимних параметрів на тепловий режим проектованого об'єкта. Виявлені в такий чином тенденції уточнюються шляхом проведення аналізу за допомогою чисельних методів. Тому одним з головних вимог, що пред'являються в даний час до аналітичних рішеннями, є їх «прозорість», що дозволяє проектувальникові безпосередньо «побачити», як впливає той чи інший фактор на тепловий режим. Відповідно в значній мірі втратили своє значення громіздкі аналітичні рішення, для реалізації яких необхідна ЕОМ. У зв'язку з цим автори відбирали по можливості тільки ті аналітичні рішення, які на їхню думку задовольняють названим вимогам і зберегли своє значення для розрахунку теплових режимів і в данийчас.
Сінотін А.М. Автоматизація розрахунків нестаціонарних теплових режимів при проектуванні одноблокових радіоелектронних апаратів. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук – системи автоматизації проектувальних робіт. – Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2008.
Вперше, на основі проведених аналітичних і експериментальних досліджень, отримано алгоритм теплофізичного проектування одноблокових радіоелектронних апаратів, що дозволяє забезпечити заданий температурний режим на початкових етапах конструювання паралельно з розробкою електричної схеми і вибором елементної бази. Це значно підвищує економічну ефективність розробок і виключає необхідність істотних змін в конструкції за наслідками перевірочних розрахунків і температурних випробувань.
1. Конструювання сучасних РЕА, поряд з розробкою електричних схем, вимагає строгого урахування температурного режиму майбутньої конструкції. Це ставить перед конструктором задачу здійснити теплофізичне конструювання на всіх стадіях розробки надійної, економічної, малогабаритної РЕА. Спроба емпіричного пошуку прийнятного варіанта конструкції стає економічно не виправданою. Тому в поданій роботі розроблено алгоритм теплофізичного проектування, який забезпечує синтез температуростійкої конструкції апарату.
2. Літературні джерела що до теплофізичного конструювання РЕА із заданим тепловим режимом представлені, головним чином, журнальними статтями. Основні розробки спрямовані на вибір та оптимальне використання повітряних систем охолодження. Монографії що до загального конструювання РЕА передбачають лише перевірені розрахунки температурних полів. Теплофізичне конструювання проводиться на основі багаторазових розрахунків при різних значеннях параметрів, тобто використовується метод проб і помилок.
3. Розв'язано задачу регулярного теплового режиму трьохскладової системи тіл, нагрітої зони, в якій рівномірно розподілені внутрішні джерела енергії, потужність яких лінійно залежить від температури:
– отримано розрахункові залежності для коефіцієнта форми нагрітої зони з деформованою поверхнею по відношенню до кулі, циліндра або пластини і темпу регулярного режиму.
– підтверджено, що на відміну від систем з постійною потужністю джерел, темп регулярного режиму залежить від величини та характеру розподілу початкової потужності та температурного коефіцієнта потужності і відрізняється чисельно від темпу регулярного режиму простого охолодження.
– досліджено вплив темпу регулярного режиму на точність розрахунку температури методом регулярного режиму, і підтверджено необхідність урахування поправки, викликаної температурнозалежними джерелами.
4. Виконані дослідження сходження ряду загального розв’язання рівняння нестаціонарної теплопровідності однорідного тіла (нагрітої зони) і отримані розрахункові залежності для оцінки часу початку регулярного теплового режиму при різних законах розподілення джерел (рівномірний, периферійний, центральний) і рівномірному початковому полі температури.
5. Встановлено, що характер теплових зв’язків між елементами монтажу нагрітої зони РЕА з типовим повітряним або компаундним заповнювачем однозначно визначається коефіцієнтом густини монтажу , що дозволило з урахуванням особливостей конструкції кожуха здійснити класифікацію РЕА.
Для досліджень було вибрано одноблокові апарати в герметичному (пилозахищеному) кожусі з густим монтажем (hм >> 1) і монтажем середньої густини
(hм > 1), теплова модель яких являє собою трьохскладову систему тіл.
6. Підтверджено можливість використання для РЕА з температурозалежними джерелами енергії розрахункових методів дослідження нестаціонарних теплових режимів, заснованих на теорії регулярного режиму.
7. Розв’язано задачу узагальнення методу елементарних теплових балансів на трьохскладову систему тіл (РЕА) з довільним законом розподілу джерел енергії змінної потужності в нагрітій зоні і змінними теплофізичними коефіцієнтами:
– проведено аналіз основних припущень і встановлено, що помилка методу при виконанні умови стійкості різницевої розрахункової схеми є практично лінійною функцією тільки кроку розбивки на елементарні об’єми.
– досліджено нестаціонарні температурні поля РЕА із середньою густиною монтажу (hМ > 1) і нерівномірним розподіленням джерел енергії, потужність яких змінювалась, як нерозривна функція температури і дискретна функція часу.
8. Проведено експериментальні дослідження РЕА з різною густиною монтажу і змінною потужністю показали правильність основних припущень методу регулярного режиму і методу елементарних балансів. Обидва методи дають можливість з достатньою для практичних цілей точністю дослідити нестаціонарні теплові режими РЕА із змінною розсіюваною потужністю.
9. При переході від нормального тиску до вакууму (10-1 мм рт. ст.) в усіх точках блоку відбувається підвищення температури перегріву на 3 – 10 град., що у відсотковому відношенні є 20 – 35% і задовільно узгоджується із результатами розрахунків.
10. Відносне підвищення температури перегріву більш суттєво (до 35%) відбувається на кожусі і платах. Це може бути пояснено суттєвою долею впливу конвективного теплообміну на загальний характер теплообміну кожуху і плат у порівнянні із елементами нагрітої зони.
11. Слід відзначити, що температурний перегрів деяких елементів у умовах РЕА при переході до вакууму підвищується значно менше, ніж при самостійному функціонуванні елемента. Так, для реле РЕС – 9, РЕС – 10 відносне підвищення перегріву в умовах блоку зменшується з 50% до 20% по відношенню до перегріву при нормальному тиску.
12.Теоретичними розрахунками для апаратів інших конструкцій можна зробити висновки, що для РЕА, навіть з середньою щільністю монтажу , частка конвективного теплообміну між елементами нагрітої зони мала. Основний теплообмін відбувається шляхом кондукції (теплопровідності) і випромінювання.
13. Загальний характер і закономірності зміни температурного поля в умовах вакууму (10-1 мм рт. ст.) у блоці, що функціонує із змінною розсіюваною потужністю, залишаються практично такими ж, як в умовах нормального тиску навколишнього середовища.
14. Отримано залежність ефективної теплопровідності від величини зазору між блоками при зміні відстаней в межах 25 – 200 мм. .
15. Проведені дослідження коефіцієнтів l, С, g апаратури, що дозволяє здійснити розрахунки теплових режимів РЕА вже на початкових стадіях проектування апаратів, коли елементна база задана орієнтовно.
16. Результати статистичної обробки радіоелектронних апаратів показали малу залежність питомої теплоємності від елементної бази нагрітої зони апарату, що дозволяє прийняти ії постійним значенням 860 Дж / (кг 0С). Об’ємна теплоємність на початковій стадії теплофізичного конструювання може бути рекомендованою з постійним значенням 3,25 103 Дж / (кг 0С) з наступним уточненням внаслідок більш суттєвої залежності від конструкції апарату.
17. Показано, що для розв’язання загальної задачі синтезу одноблокових РЕА із заданим тепловим режимом необхідно задати допустимі межі зміни параметрів синтезу, тобто межу на кожний параметр. Це приведе до необхідності розв’язання прямих задач теплопровідності.
18. Сучасний математичний апарат не дозволяє отримати аналітичний розв'язок інтегрального рівняння зворотної задачі теплопровідності при довільному законі зміни допустимої температури по об’єму РЕА. Тому задача була обмежена отриманим алгоритмом синтезу РЕА за максимальною, стаціонарною допустимою температурою РЕА.
19. Отримано алгоритм синтезу одноблокових РЕА за заданою максимальною температурою.
20. Показано, що процес теплофізичного проектування зводиться до послідовної мінімізації параметрів синтезу і задоволення обмежень, накладених на параметри синтезу технічними умовами і т.д.
21. За отриманим алгоритмом проведено синтез РЕА та виконані експериментальні дослідження температурних полів синтезованих конструкцій .
22. Проведено теоретичні і експериментальні дослідження впливу геометричних розмірів, форми, теплофізичних коефіцієнтів на параметри синтезу, що дозволяє дати рекомендації, які забезпечують оптимальну мінімізацію кожного параметру.
23. Ефективна мінімізація початкового параметру може бути здійснена для конструкцій апаратів з лінійним розміром 0,5 м за рахунок переходу до малої густини монтажу або збільшення ефективності системи поверхневого охолодження. Для конструкцій з лінійними розмірами більшими за 0,5 м мінімізація початкового параметру практично неможлива.
24. Встановлено, що перехід до конструкцій у формі квадратного “брусу” забезпечує найбільш ефективну мінімізацію параметра форми. Ступінь мінімізації зростає із зростанням ефективності системи охолодження апарату.
25. Ступінь мінімізації параметру теплопровідності залежить від інтенсивності системи охолодження і лінійного розміру апарату. При лінійних розмірах апарату більших від 0,5 м, або при інтенсивному поверхневому охолодженні має місце максимальна мінімізація параметру теплопровідності. Встановлено, що підвищення ефективної теплопровідності більше за 2 – 4 вт/м град не викликає подальшої мінімізації. Отже не слід намагатись підвищити теплопровідності заповнювачів (компаундів) більшої, ніж ці значення.
26. Мінімізація параметра анізотропності за теплопровідністю потребує такого розміщення плат, щоб мінімальні розміри нагрітої зони апарату співпали з напрямом дії максимальної теплопровідності. Для оптимальної форми квадратного “брусу” та плоских теплостоків ця умова виконується при розміщенні квадратних плат перпендикулярно більшій осі “бруса”, що приводить до граничної мінімізації параметру анізотропності по теплопровідності. Порушення цієї умови різко знижує ефективність кондуктивних теплостоків.
27. Концентрація елементів, що розсіюють тепло, до центру нагрітої зони сприяє підвищенню параметра потужності, тобто незадовільно впливає на температурний режим елементу в порівнянні з рівномірним розподілом потужності джерел.
28. Мінімізація параметру потужності можлива за рахунок концентрації (розміщення) тепловиділяючих елементів на периферії нагрітої зони апарату. Ступінь мінімізації визначається інтенсивністю поверхневого охолодження апарату, величиною ефективної теплопровідності нагрітої зони і розмірами апарату. Для апаратів з лінійними розмірами меншими за 0,5 м і малою ефективністю поверхневого охолодження або з великою ефективною теплопровідністю закон концентрації тепловиділяючих елементів практично не впливає на параметр потужності у порівнянні з рівномірним розподілом. Має місце лише переміщення максимальної температури з центральної зони до периферії.
29. У апараті з плоскими теплостоками в умовах звичайної конвекції нерівномірність розподілення потужності практично не впливає на максимальний перегрів.
30. Оптимальна форма і характер розміщення плат з елементами в об’ємі нагрітої зони визначається умовами мінімізації параметру анізотропності за теплопровідністю , а оптимальне розміщення елементів на платах випливає з умови мінімізації параметру потужності.
31. Показано, що якщо мінімізація всіх параметрів синтезу в границях заданих обмежень не забезпечує виконання нерівності , то необхідно від поверхневих систем охолодження перейти до більш складних в конструктивній реалізації об’ємних систем охолодження. Синтез апарату в цьому випадку проводиться за алгоритмом що зводиться до відносного вибору параметрів систем охолодження.
32. Створений метод розрахунків теплових режимів радіоелектронної апаратури легко реалізується на ЕОМ, що дозволяє широко використовувати ії в системах автоматичного проектування радіоелектронних апаратів на початкових етапах їх проектування.
Подібні дослідження
Сінотін Анатолій Мєфодійович. Автоматизація розрахунків нестаціонарних теплових режимів при проектуванні одноблокових радіоелектронних апаратівю: Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук.
Ткаченко Володимир Борисович. Наукові основи створенння та вдосконалення систем терморегулювання транспортних комплексів радіоелектронної апаратури : Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук.
Системний аналіз обєкта проектування
Тривалий час РЕА розроблялася на основі блочного методу конструювання, що передбачає розчленування апаратури з метою її стандартизації та уніфікації до рівня блоку (звідси і назва методу). Однак цей метод конструювання не дозволяв автоматизувати виробничі процеси складання і монтажу РЕА і з плином часу, в міру ускладнення апаратури, був замінений функціонально-вузловим методом, при якому складні функціональні схеми складаються з найпростіших функціональних вузлів.
Широке впровадження даного методу обумовлено можливістю використання обмеженого набору функціональних вузлів для створення якого-небудь конкретного класу апаратури, що дозволило вирішити завдання їх уніфікації. Уніфіковані функціональні вузли (мікросхеми різного функціонального призначення і рівня інтеграції - числа елементів на одному кристалі або в одному корпусі мікросхеми) випускаються серійно спеціалізованими підприємствами і використовуються в якості комплектуючих виробів при проектуванні РЕА.Специфічні схеми і вузли в сучасній РЕА становлять лише 15-30%. У багатьох випадках вони можуть бути реалізовані на тій же конструктивно-технологічній базі, що й уніфіковані вузли. Застосування функціонально-вузлового методу дозволило автоматизувати виробничі процеси складання і монтажу апаратури, знизити її собівартість, скоротити терміни розробки і підвищити надійність.
Крім функціонально-вузлового методу конструювання, який передбачає створення конструкцій РЕА на основі мікросхем, що виконують найпростіші функції підсилення, генерації і перетворення сигналів, в даний час все більшого значення набуває метод, заснований на використанні великих інтегральних схем (ВІС). У промисловості намітилися два напрямки розвитку ВІС: напівпровідникові (монолітні) і гібридні ВІС. Напівпровідникові ВІС являють собою конструкції, що складаються з декількох тисяч напівпровідникових елементів, виготовлених в єдиному технологічному процесі на одній загальній напівпровідникової пластині. Гібридні ВІС є збірними конструкціями, у яких спочатку окремо на мініатюрних підкладках за допомогою плівковою технології виготовляють пасивні елементи схеми (резистори, конденсатори і індуктивні котушки), а потім на комутаційної підкладці ці елементи з'єднують відповідно до заданої принципової схемою з твердотільними матрицями діодів, транзисторів і безкорпусним ІС. Гібридні ВІС мають збільшене число проміжних електричних з'єднань у порівнянні з монолітними ВІС, але при цьому забезпечують високий відсоток виходу придатної продукції, що дозволяє налагодити їх виробництво на підприємствах, що не мають складного технологічного обладнання, необхідного для випуску напівпровідникових інтегральних схем.
Як зазначалося, використання уніфікованих функціональних вузлів істотно підвищило надійність РЕА. Це пояснюється як високою надійністю самих уніфікованих вузлів, елементи яких працюють зазвичай в полегшених режимах, краще захищені від зовнішніх механічних та кліматичних впливів, так і зменшенням числа паяних і зварних з'єднань, істотно знижують надійність апаратури. Застосування ВІС сприяло підвищенню надійності РЕА, зменшення її габаритів і маси, зниження вартості. Використання сучасних мікросхем, що виготовляються в єдиному технологічному циклі з мінімальним числом паяних і зварних з'єднань, дозволило на один-два порядки збільшити надійність роботи РЕА в порівнянні з аналогічною апаратурою, виконаної на звичайних дискретних елементах. Крім того, малі габарити і маса мікросхем дають можливість широко використовувати один з найбільш ефективних способів підвищення надійності - резервування. Слід зауважити, що функціонально-вузловий метод і метод конструювання на основі ВІС не суперечать, а взаємно доповнюють один одного при створенні складних і різноманітних конструкцій РЕА.
Розвиток сучасної РЕА диктує підвищені вимоги до процесу проектування її конструкції. Так, наприклад, з появою мікросхем для реалізації межз'єднань застосовують багатошарові друковані плати, що забезпечують високу щільність компонування елементів. При цьому трудомісткість проектування таких багатошарових друкованих плат, а також багатошарових плівкових межз'єднань БІС виявляється досить високою. Їх розробка традиційними ручними способами скрутна, а в багатьох випадках просто неможлива. Таким чином, впровадження функціонально-вузлового методу конструювання РЕА і досягнення мікрорадіоелектронікі послужили необхідними передумовами для розробки і розвитку машинних методів конструювання.
Основні типи і критерії вибору джерел живлення для радіоелектронної апаратури Перша проблема, з якою при конструюванні будь-яких пристроїв стикаються і початківці і досвідчені радіоаматори - це проблема електроживлення. У цій главі будуть розглянуті різноманітні мережеві джерела живлення (мікропотужні, середньої потужності, потужні).
При виборі і розробці джерела живлення (ДЖ) необхідно враховувати ряд факторів, що визначаються умовами експлуатації, властивостями навантаження, вимогами до безпеки і т.д.
У першу чергу, звичайно, слід звернути увагу на відповідність електричних параметрів ДЖ вимогам питаемого пристрою, а саме:
напруга живлення;
споживаний струм;
необхідний рівень стабілізації напруги живлення;
допустимий рівень пульсації напруги живлення. Важливі і характеристики ВП.впливають на його експлуатаційні якості:
наявність систем захисту;
масогабаритні розміри.
Будучи невід'ємною частиною радіоелектронної апаратури, засоби вторинного електроживлення повинні жорстко відповідати певним вимогам, які визначаються як вимогами до самої апаратури в цілому, так і умовами пред'являються до джерел живлення та їх роботи у складі даної апаратури. Будь-який з параметрів ДЖ, що виходить за межі допустимих вимог, вносить дисонанс в роботу пристрою.Тому, перш ніж починати збірку ДЖ до передбачуваної конструкції, уважно проаналізуйте всі наявні варіанти і виберіть такий ДЖ, який буде максимально відповідати всім вимогам і вашим можливостям.
Існує чотири основних типи мережевих джерел живлення:
бестрансформаторних, з резистором або конденсатором.
лінійні, виконані за класичною схемою:
понижуючий трансформатор - випрямляч - фільтр - стабілізатор.
вторинні імпульсні:
понижуючий трансформатор-фільтр - високочастотний перетворювач 20-400 кГц.
імпульсний високовольтний високочастотний:
фільтр - випрямляч ~ 220 В - імпульсний високочастотний перетворювач 20-400кГц.
Лінійні джерела живлення відрізняються граничною простотою і надійністю, відсутністю високочастотних перешкод. Високий ступінь доступності комплектуючих і простота виготовлення робить їх найбільш привабливими для повторення початківцями радіоконструктора. Крім того, в деяких випадках досить важливий і чисто економічний розрахунок - застосування лінійних ДЖ однозначно виправдане в пристроях, споживаючих до 500 мА. До таких пристроїв можна віднести:
зарядні пристрої для акумуляторів;
блоки живлення радіоприймачів, АОНів, систем сигналізації і т.д.
Необхідно відзначити, що деякі конструкції, які не потребують гальванічної розв'язки з промислової мережею, можна живити через гасящій конденсатор або резистор, при цьому споживаний струм може досягати сотень мА.
Ефективність і раціональність використання лінійних ДЖ значно знижується при струмах споживання більше 1А. Причинами цього є наступні явища:
коливання мережевої напруги позначаються на коефіцієнті стабілізації;
на вході стабілізатора доводиться встановлювати напругу, яка буде свідомо вище мінімально допустимого за будь-яких коливаннях напруги в мережі, а це значить, що коли ці коливання високі. необхідно встановлювати завищена напруга, що в свою чергу впливає на прохідний транзистор (невиправдано велике падіння напруги на переході, і як наслідок - високе тепловиділення);
великий споживаний струм вимагає застосування габаритних радіаторів на випрямляючих діодах і регулюючому транзисторі, погіршує тепловий режим і габаритні розміри пристрою в цілому.
Досить прості у виготовленні і експлуатації вторинні імпульсні перетворювачі напруги, їх відрізняє простота виготовлення і дешевизна комплектуючих.Економічно і технологічно виправдано конструювати ДЖ за схемою вторинного імпульсного перетворювача для пристроїв з струмом споживання 1-5 А, для безперебійних ДЖ до систем відеоспостереження та охорони, для підсилювачів низької частоти, радіостанцій, зарядних пристроїв.
Краща відмінна риса вторинних перетворювачів перед лінійними масогабаритні характеристики випрямляча, фільтра, перетворювача, стабілізатора. Проте їх відрізняє великий рівень перешкод, тому при конструюванні необхідно приділити увагу екранування і придушення високочастотних складових в шині живлення.
Останнім часом набули досить широке поширення імпульсні ДЖ, побудовані на основі високочастотного перетворювача з бестрансформаторним входом. Ці пристрої, харчуючись від промислової мережі ~ 110В/220В, не містять у своєму складі громіздких низькочастотних силових трансформаторів, а перетворення напруги здійснюється високочастотним перетворювачем на частотах 20-400 кГц.Такі джерела живлення володіють на порядок кращими массогаба-Ритні показниками у порівнянні з лінійними, а їх ККД може досягати 90% і більше. ІП з імпульсним високочастотним перетворювачем істотно покращують багато характеристик пристроїв, що живляться від цих джерел, і можуть застосовуватися практично в будь-яких радіоаматорських конструкціях. Проте їх відрізняє достатньо високий рівень складності, високий рівень перешкод в шині живлення, низька надійність, висока собівартість, недоступність деяких компонентів. Таким чином, необхідно мати дуже вагомі підстави для застосування імпульсних ДЖ на основі високочастотного перетворювача в аматорській апаратури (у промислових пристроях це в більшості випадків виправдано). Такими підставами можуть служити: вірогідність коливань вхідної напруги в межах ~ 100-300 В. можливість створювати ДЖ з потужністю від десятків ватів до сотень кіловат на будь-які вихідні напруги, поява доступних високотехнологічних рішень на основі ІМС та інших сучасних компонентів.
Постановка задачі
Основним методом проектування складних систем є блочно-ієрархичний, при якому в процесі проектування система розглядається послідовно на різних рівнях ієрархії з поступово наростаючою ступенем деталізації . Існує природне прагнення знайти такий метод аналізу теплового режиму, який був би адекватний блочно-ієрархічному методу проектування, дозволяв би з необхідною точністю отримувати необхідну інформацію про температурний поле об'єкта, володів би спільністю та однаковістю підходу.
Найбільш повна математична модель теплового режиму об'єкта записується у вигляді системи багатовимірних нестаціонарних рівнянь теплопровідності для твердих тіл.
і рівнянь енергії для потоків
Аналіз теплового режиму на будь-якому вищому рівні ієрархії часто доводиться проводити в умовах, коли внутрішня структура підсистем цього рівня ще детально не визначена. Тому на вищих рівнях проектування повну модель не можна використовувати через нестачу інформації. При поетапному методі моделювання теплового режиму проводиться на основі послідовного використання теплових і математичних моделей, що відповідають різним рівням ієрархії. На будь-якому з рівнів ієрархії завданням аналізу є визначення тих характеристик температурних полів підсистем даного рівня, які необхідні для знаходження конструктивних параметрів, що відповідають цьому рівню (Наприклад, середньооб'ємних температур окремих ділянок, середніх температур різних поверхонь). При проведенні агрегування повної математичної моделі реалізуються такі процедури: спрощення форм реальних досліджуваних областей з збереженням деяких інтегральних характеристик (площ, обсягів, периметрів, деяких характерних розмірів); при визначенні температурного поля Ti (x, y, z, n) 1-го тіла замість суворого завдання граничних умов третього роду, описують його теплообмін на ділянці поверхні Sin з оточуючими тілами (j = 1 ,..., I),
використовуються наближені граничні умови виду
в яких <Tj,>, (qij} - осереднені по ділянці кордону Si, n
значення температур Tj і теплових потоків qij.
Розглянемо перехід від «повної» моделі до математичної моделі, що становить систему алгебраїчних (для стаціонарних задач) або звичайних диференціальних (для нестаціонарних) рівнянь. Застосуємо до рівнянь оператор осереднення по обсягом.
Використовуючи теорему Гріна, отримуємо для твердих тіл.
рівняння, які пов'язують теплові потоки на ділянках кордону Si, n і шукані температури. У загальному випадку такі рівняння мають вигляд.
При використанні методу поетапного моделювання для опису теплообміну деякого розглянутого ядра тіла з іншими тілами і теплоносіями зручно ввести поняття температури умовної середовища. Розглянемо стаціонарний режим системи тіл, причому не будемо розбивати поверхні тіл i і j на N і М частин. Тоді рівняння приймуть вигляд.
Висловимо температуру i-го тіла
Пояснимо їх на прикладі аналізу стаціонарного теплового режиму в складній системі, який описується системою лінійних рівнянь. Можна довести, що в будь-якій точці i-й галузі системи стаціонарну температуру Тi можна представити в наступному вигляді:
Рівняння моделі із зосередженими параметрами.
Аналітиичні методи
Точні аналітичні розв'язки нестаціонарних задач можуть бути побудовані лише для моделей, що описуються системами N лінійних звичайних диференціальних рівнянь при N = 1, 2, 3, і в деяких випадках N = 4. Загальне рішення таких завдань має вигляд.
Регулярний тепловий режим системи тіл. У регулярній стадії логарифм різниці стаціонарної Tiст та поточної нестаціонарної Tі (т) температур у будь-якій точці тіла змінюється в часі за лінійним законом.
Опис власного технічного рішення
Агоритми автоматизованого розв’язання
В основі метода лежить представленя РЕА у вигля...
20.07.2020 13:07-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора