Улучшение массогабаритных показателей электровакуумных и газоразрядных приборов большой и средней мощности

• Автор: Фефелов, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 216 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ И УСТРОЙСТВ.

1.1. Влияние теплового режима на надежность и параметры электронных приборов

1.2. Основные виды теплопередачи, используемые в системах охлаждения электронных приборов и устройств.

1.2.1. Передача тепла излучением

1.2.2. Передача тепла конвекцией

1.2.3. Передача тепла теплопроводностью.

1.3. Системы жидкостного охлаждения.

1.3.1. Устройство и принцип работы

1.3.2. Пути повышения эффективности жидкостного охлаждения

1.3.3. Проблема отложений.
1.4. Постановка задачи
2. СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ С ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩИМ ТРАКТОМ НА ОСНОВЕ ЖИДКОСТНОЙ МАГИСТРАЛИ.
2.1. Выбор теплоносителя промежуточного контура.
2.2. Элементы гидроаэромеханики.
2.2.1 Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости.
2.2.2. Гидравлические потери
2.2.3. Затраты мощности на перемещение теплоносителя
2.3. Основные элементы индивидуальных систем охлаждения.
2.3.1. Нагнетатели
2.3.2. Стабилизатор потока
2.3.3. Расширительный резервуар.
2.3.4. Арматура контура.
2.3.5 Промежуточные теплообменники.
2.4. Основные положения теплового расчета теплообменников
2.4.1. Уравнения теплового баланса и теплопередачи.
2.4.2. Общие замечания по выбору геометрии каналов теплообменника.
2.5. Оценка граничных условий в каналах
теплообменников
2.6. Теоретическое исследование условий конвективного теплообмена в плоских каналах при ламинарном режиме течения теплоносителя
2.6.1. Анализ геометрии системы. Математическая формулировка
задачи.
2.6.1.1 Система дифференциальных уравнений НавьеСтокса.
Уравнение сплошности потока жидкости.
2.6.1.2. Уравнение конвективного теплообмена.
2.6.1.3. Уравнение кондуктивного теплообмена.
2.6.1.4. Граничные условия для температуры.
2.6.1.5. Граничные условия для компонент скорости
2.6.2. Конечноразностная аппроксимация системы дифференциальных уравнений.
2.6.3. Численное моделирование теплообмена в плоских каналах
при ламинарном режиме течения теплоносителя
2.7. Численная реализация метода граничных элементов в трехмерных неосесиммстричных задачах кондуктивного теплообмена.
2.7.1. Триангуляция трехмерной поверхности
2.7.2. Запись интегральной формулировки решаемой задачи.
2.7.3. Процедура коллокаций.
2.7.4. Вычисление интегралов
2.7.5. Тестирование.
2.8. Оптимизация массогабаритных показателей систем двухконтурного жидкостного охлаждения
2.8.1. Зависимость массогабаритных показателей насоса
от его мощности
2.8.2. Анализ условий теплообмена в системе охлаждения.
Основные расчетные соотношения.
2.8.3. Последовательность расчетов.
2.8.4. Дополнительные замечания
2.9. Выводы
3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ
С ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩИМ ТРАКТОМ НА ОСНОВЕ ЖИДКОСТНОЙ МАГИСТРАЛИ
3.1. Система охлаждения ионного лазера с рассеиваемой мощностью кВт.
3.1.1. Анализ исходных данных. Определение основных геометрических параметров теплообменника.
3.1.2. Конструкция системы охлаждения
3.1.3. Результаты испытаний
3.2. Встроенная система охлаждения волноводного Слазера средней мощности для эксплуатации на подвижных объектах
3.2.1. Выбор конструкции теплообменника активного элемента
3.2.1.1. Анализ теплового режима работы активного элемента
с рубашкой жидкостного охлаждения
3.2.1.2. Анализ теплового режима работы активного элемента с каналами жидкостного охлаждения
3.2.2. Конструкция системы охлаждения. Основные расчетные соотношения
3.2.3. Импульсный источник питания нагнетателя.
3.2.4. Результаты испытаний
3.3. Энергосберегающая система проточного нагрева деионизованной воды.
3.3.1. Анализ условий теплообмена.
3.3.2. Описание конструкции теплообменника
3.3.3. Конструкция проточного электронагревателя
3.3.4. Электронный блок управления нагревателем.
3.3.5. Результаты испытаний.
3.4. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В настоящее время в плане повышения надежности работы и стабильности выходных параметров электронных приборов большое внимание уделяется не только совершенствованию традиционных способов охлаждения, но и поиску новых технических решений, обеспечивающих отвод и эффективное рассеяние тепловых потоков при минимальных энергетических и массогабаритных показателях устройств в целом. Под надежностью подразумевается свойство приборов длительно сохранять свою работоспособность в заданных условиях эксплуатации 1. АГ АГ0,Л 1,2. ЛГ0 интенсивность отказов при температуре То соответственно. Как видно из характера зависимости, с выходом за границы определенного для прибора теплового режима интенсивность отказов резко возрастает. Одним из основных источников проблем, связанных с обеспечением высокой надежности радиоэлектронного оборудования является внутренний фактор. Остальная мощность рассеивается в виде тепла. Поэтому важно, чтобы тепловой режим работы приборов и оборудования соответствовал тем условиям, на которые они рассчитаны. Так, например, невыполнение этих условий для электровакуумных приборов вызывает интенсивное газоотделение с анода, отравляющее катод 3. Превышение температуры сеточного блока электронных ламп приводит к возникновению остаточных деформаций в витках и траверсах и, как следствие, к изменению формы блока с нарушением условий формирования электронного потока 4. Перегрев катода вызывает интенсивное испарение оксидного покрытия, что, в свою очередь, приводит к снижению электрической прочности прибора н увеличивает термоэмиссионную составляющую обратного тока 3. Не менее жестким тепловым режимом характеризуется работа СВЧ приборов 5. В частности долговечность ЛБВ ограничена несколькими тысячами часов, что обусловлено расплавлением спирали, а также напылением ее материала на керамические стержни при перегреве 6. В газоразрядных приборах нарушение теплового режима водородного генератора сопровождается изменением рабочего давления газа. Это ухудшает стабильность управления разрядом, снижает электрическую прочность прибора п в отдельных случаях приводит к росту мощности, выделяющейся на его электродах 7. Неравномерное распределение температуры по элементам электронных приборов может вызывать значительное отклонение важных геометрических размеров. В ряде случаев, эта проблема представляет собой сложную задачу, как, например, при разработке электронных пушек, фокусирующих систем 8 и резонаторов оптических квантовых генераторов 9, . Тем не менее, основным результатом воздействия повышенных температур является тепловой пробой переходов . В случае интегральных микросхем помимо теплового пробоя рп переходов, среди возможных результатов воздействия повышенных температур отмечаются также пробой диэлектриков тонкопленочных конденсаторов, нестабильность и деградация электрических параметров, обрывы и короткие замыкания металлизации , . В целом же, применение полупроводниковых приборов значительно улучшает энергетические соотношения в радиоаппаратуре малой мощности 2, однако для них свойственна более сильная зависимость выходных параметров от температуры 3, . Мощность, выделяющаяся в электронном приборе, может быть отведена и рассеяна в окружающее пространство несколькими методами. К основным из них относятся излучение, конвекция и теплопроводность. Выбор конкретного способа теплоотвода определяется типом прибора, его конструктивными особенностями и условиями эксплуатации. Расчет данного способа теплоотвода основывается на закономерностях излучения абсолютно черного тела, которые описываются законом Планка. ХкТ
где X длина волны излучения с скорость света в вакууме. Длина волны А,т. Вина. СтефанаБольцмана. Закон СтефанаБольцмана позволяет определить плотность мощности, излучаемой единицей поверхности абсолютно черного тела по всем направлениям полусферического пространства. Для определения мощности излучаемой элементарной площадкой сО7 абсолютно черного тела в направлении угла р в пределах элементарного телесного угла сЮ. Ламберта
сЦУ ссЮ.