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

• Автор: Евдулов, Денис Викторович
• Шифр специальности: 05.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Махачкала
• Количество страниц: 138 с. : ил.

1. Современное состояние в области обеспечения тепловых режимов функционирования элементов радиоэлектронной аппаратуры, перспективы использования для этих целей термоэлектрического метода преобразования энергии
1.1. Методы и средства охлаждения элементов радиоэлектронной аппаратуры
1.2. Перспективы использования термоэлектрического охлаждения для обеспечения тепловых режимов функционирования элементов радиоэлектронной аппаратуры
1.3. Особенности обеспечения тепловых режимов функционирования элементов радиоэлектронной аппаратуры, удаленных от источника холода
1.4. Постановка задач исследования
2. Теоретические исследования системы обеспечения тепловых режимов функционирования элементов радиоэлектронной аппаратуры с пространственным разделением термоэлектрического источника холода и объекта охлаждения
2.1. Схемы теплового сопряжения термоэлектрического охлаждающего устройства на базе слоистой термоэлектрической батареи с элементами радиоэлектронной аппаратуры
2.2. Расчет теплового поля и термомеханических напряжений слоистого термоэлемента
2.3. Математическая модель системы обеспечения тепловых режимов элементов радиоэлектронной аппаратуры на базе слоистых термоэлектрических батарей, в которой их сопряжение с тепловыделяющим элементом осуществляется за счет гибкого цельнометаллического теплопровода
2.4. Математическая модель системы обеспечения тепловых режимов элементов радиоэлектронной аппаратуры на базе слоистых термоэлектрических батарей, в которой их сопряжение с тепловыделяющим элементом осуществляется за счет теплового
термосифона
Выводы
3. Экспериментальные исследования системы обеспечения тепловых режимов функционирования элементов радиоэлектронной аппаратуры с пространственным разделением термоэлектрического источника холода и объекта охлаждения
3.1. Описание экспериментального стенда и методики проведения эксперимента
3.2. Результаты экспериментальных исследований
3.2. Результаты экспериментальных исследований
3.3. Оценка погрешности измерений
Выводы
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
4.2. Устройства для охлаждения элементов радиоэлектронной аппаратуры, выполненные на базе сильноточных термоэлектрических батарей слоистой конструкции, с тепловыми термосифонами
Заключение
Литература

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
тельно, при этом полученное решение будет непригодно для анализа ввиду большой сложности [28]. В этом случае целесообразно использовать численные методы решения [35, 54, 70, 74]. Для задач со сложной геометрией наиболее оптимальным подходом является поиск решения с помощью метода конечных элементов [76, 89].
Общее решение данной задачи методом конечных элементов осуществляется в следующей последовательности.
Введем конечно-элементное представление

р{х, у, 0 = ?р0 (х, у,() + Ик (х, у)(рк (?), (2.18)

к = 1,2, ...,К
где чертой сверху обозначено приближенное решение; К — суммарное число узловых точек; <р0{х,у,{) выбирается так, чтобы точно удовлетворялись начальные и граничные условия; функция Ик (х,у) - пробная функция; коэффициенты <рк{}) - неизвестны и определяются из системы уравнений, получаемых из исходного уравнения.
Каждое из исходных уравнений (1)-(5) можно записать в символьном
виде
/-(7)) = 0, (2.19)
Если подставить (2.19) в (2.18), то оно не будет тождественно удовлетворяться. Следовательно, можно записать
ь(т)=Я,
где величина Я называется невязкой уравнения.