Тепловая защита электронных устройств при интенсивных термических воздействиях

• Автор: Сушко, Виктория Юрьевна
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 152 с. : ил.

Список обозначений и сокращений

1 Характеристики тепловой защиты электронных приборов

1.1 Методы тепловой защиты и теплозащитные материалы

1.1.1 Традиционные методы тепловой защиты

1.1.2 Вспучивающиеся материалы в тепловой защите

1.2 Комбинированная тепловая защита

1.3 Способы расчета температурных полей

1.3.1 Многослойная тепловая защита

1.3.2 Оболочки тепловой защиты

1.4 Локальные тепловые связи

1.4.1 Влияние локальных тепловых связей

1.4.2 Электрические соединители как тепловая связь
Выводы по главе
2 Математическая модель многослойной тепловой защиты со
вспучивающимся материалом
2.1 Тепловая модель
2.2 Математическая модель
2.2.1 Уравнение теплопроводности для вспучивающегося материала
2.2.2 Математическая модель многослойной защиты
2.2.3 Тепловая защита с внутренней оболочкой вспучивающегося
материала
Выводы по главе
3 Тепловые потоки через электрические соединители
3.1 Тепловая и математическая модели разъемного соединения
3.1.1 Тепловая модель
3.1.2 Математическая модель
3.2 Методика расчета теплового сопротивления электрических соединителей
3.3 Экспериментальные исследования
3.3.1 Описание экспериментальных установок
3.3.2 Результаты измерений и расчетов
Выводы по главе
4 Экспериментальные исследования тепловой защиты
4.1 Тепловая защита с внешней оболочкой вспучивающегося материала
4.1.1 Описание макетов тепловой защиты
4.1.2 Методика измерений
4.1.3 Результаты измерений
4.1.4 Сравнение результатов измерений и расчетов
4.2 Тепловая защита с внутренней оболочкой вспучивающегося материала
4.2.1 Макеты тепловой защиты и методика измерений
4.2.2 Результаты измерений и расчетов
Выводы по главе
5 Выбор защиты электронных приборов от интенсивных термических воздействий
5.1 Последовательность выбора тепловой защиты
5.2 Техническое задание и выбор материалов
5.3 Выбор размеров тепловой защиты
5.4 Компьютерное моделирование испытаний
5.4.1 Многослойная тепловая защита со вспучивающимся материалом
5.4.2 Локальные тепловые связи
5.4.3 Модернизация существующих конструкций
Выводы по главе
Заключение
Литература
Приложение А Требования стандартов к защищенным бортовым накопителям
Приложение Б Установка со свободно охлаждающимся ядром для измерения теплового сопротивления разъемных соединений
Приложение В Технические характеристики электрических соединителей..„147
Приложение Г Фотографии макетов тепловой защиты со вспучивающимися покрытиями
Приложение Д Некоторые физические свойства огнезащитных вспучивающихся покрытий
Приложение Е Результаты расчетов температурных полей макетов тепловой защиты

Список обозначений и сокращений
Переменные
ср - удельная теплоемкость, Дж/(кг-К);
/ - функция, зависимость;
/'д - функция, определяющая закон движения частицы; к - высота, м;
Кыст ~ средняя высота микронеровностей поверхности, м;
/с - индекс, соответствующий-номеру оболочки тепловой защиты; квс - коэффициент вспучивания;
к> к-г, кг - безразмерные параметры в модели для разъемного соединения;
/ - длина, м; т - масса, кг;
т - массовая скорость уноса газа, кг/с; п - нормаль к поверхности; пвс - кратность вспучивания;
пс - число оболочек теплозащитных материалов в многослойной защите; г - координата по радиусу, м;
гктс ~ удельное контактное термическое сопротивление, (К-м2)/Вт;
I - температура, °С;
1суГш - температура сублимации, °С;
1фп - температура фазового перехода, °С;
1фпн - температура начала фазового перехода, °С;
(фпк - температура окончания фазового перехода, °С;
*оь % - температура на торцевых поверхностях контакт-элементов;
V - скорость, м/с;
ухим - линейная скорость химического уноса массы, м/с; х, у - декартовы координаты, м;
г - координата по высоте в цилиндрической или декартовой системе координат, м;
А - площадь поверхности, площадь поперечного сечения, м2;
Ал - число Лоренца, (В/К)2;

Полагается, что внешняя оболочка является достаточно тонкой по сравнению с размерами самой тепловой защиты, поскольку ВМ обычно наносятся в виде покрытия, поэтому перенос теплоты происходит в основном по толщине покрытия. Также полагается, что вспучивание происходит вдоль какой-либо одной заданной координатной оси для каждой из рассматриваемых частей внешней оболочки. Последнее допущение оправдано тем, что соседние слои ВМ мешают его
расширению «вбок», а направление координатной оси выбирается соответствующим направлению расширения покрытия.
Внутренняя поверхность ВМ является неподвижной, так как оболочка ВМ соприкасается с соседней неподвижной оболочкой.
Внешняя подвижная поверхность ВМ, положение которой определяется
температурным полем во всей оболочке, находится посредством естественной
конвекции и излучения в теплообмене с окружающей средой с температурой (ср, от
теплового воздействия которой необходимо защитить ЭП. Воздействию окружающей среды могут подвергаться также другие оболочки тепловой защиты в случае неоднородности ВМ.
Частным случаем рассматриваемой модели многослойной тепловой защиты с ВМ является модель тепловой защиты в виде замкнутых сферических
концентрических оболочек, описанная в [124]. Эта модель схематически изображена на Рис. 2.1.1.
Ниже рассматривается математическая модель описанной тепловой защиты. Она получается путем комбинирования моделей для различных оболочек тепловой защиты согласно подходу, предложенному в [7]. Особый интерес здесь представляет модель для ВМ как для оболочки с переменной плотностью и объемом.