Теоретический расчет теплового режима системного блока ПЭВМ

Как было сказано п. 2, расчет теплового режима устройств ЭВМ заключается главным образом в определении по конструктивным данным тепловой модели температур нагретых зон (объем, в котором происходит рассеяние тепла) и поверхностей элементов. В ходе расчета определяют также температуру в других характерных зонах устройства (окружающего воздуха, корпуса и т.д.) и характеристики системы охлаждения.

При расчете тепловых режимов конструкций ЭВС реальную систему представляют в виде модели. Понятие тепловой модели было введено Г. Н. Дульневым [3]. Им же сформулировано основное требование, предъявляемое к тепловой модели: тепловая модель должна быть адекватна изучаемому явлению и реализуема математически.

Конструкция ЭВМ является системой многих тел с неравномерно распределенными источниками (элементами, выделяющими тепло) и стоками (- поглощающими) тепловой энергии. Ее температурное поле может иметь достаточно сложный характер, зависящий от распределения источников и стоков тепла, геометрии элементов конструкции и их теплофизических свойств. При построении тепловой модели упрощают рассматриваемые элементы конструкции и идеализируют протекающие в них тепловые процессы.

Один из способов упрощения – замена сложной по форме нагретой зоны элемента конструкции (например, субблока с разногабаритными комплектующими элементами, выделяющими неодинаковую тепловую энергию) прямоугольным параллелепипедом – эквивалентной нагретой зоной с одинаковой среднеповерхностной температурой и равномерно распределенным источником тепловой энергии. Такая замена выполняется на основании принципа усреднения [3].

В ряде случаев форму эквивалентной нагретой зоны определяют на сновании принципа местного влияния, который формулируется следующим образом: «любое местное возмущение температурного поля является локальным и не распространяется на отдаленные участки поля». Принцип суперпозиции температурных полей также используют при исследовании температурных режимов устройств ЭВМ для упрощения анализа сложных условий теплообмена и построения тепловой модели исследуемого объекта.

Рассчитаем тепловой режим блока, для которого проводились экспериментальные исследования (п. 6.2).

В исследуемом блоке используется принудительное воздушное охлаждение, следовательно, расчет теплового режима необходимо осуществить по соответствующей методике, представленной ниже.

Исходными данными являются размеры блока I_б1, I_б2, I_б3 (плоскость I_б1x I_б2 ориентирована перпендикулярно направлению продува, размер I_б3 – вдоль направления продува), рассеиваемая блоком мощность Р_б, максимальная температура на входе блока Т_вх, рассеиваемая компонентом мощность Р_к, его поверхность S_к и расстояние в направлении продува воздуха от места поступления в блок до компонента l_{п. к.} , расход воздуха G_в, эскиз блока (в Приложении).

При расчете теплового режима в следующем порядке определяют:

Средний перегрев воздуха в блоке:

; (6.3.1)

площадь поперечного сечения блока, перпендикулярного направлению продува воздуха:

S_п.c. = l_б1*l_б2 ,(6.3.2)

Коэффициенты km₁, km₂, km₃, km₄ выбираются по графикам [2], поверхность нагретой зоны (НЗ) на основе эскиза, перегрев нагретой зоны:

; (6.3.3)

удельную мощность, рассеиваемую НЗ:

; (6.3.4)

удельную мощность, рассеиваемую компонентом:

; (6.3.5)

перегрев поверхности компонента:

; (6.3.6)

температуру воздуха на выходе из блока:

; (6.3.7)

перегрев окружающей компонент среды:

. (6.3.8)

Таким образом, учитывая технические характеристики исследуемого системного блока рассчитаем его тепловой режим по вышеприведенной методике.

Средний перегрев воздуха в блоке:

[⁰C];

площадь поперечного сечения блока, перпендикулярного направлению продува воздуха:

Sп.c. = 0,115•0,488=0,0561 [м2]_;

перегрев нагретой зоны:

[⁰С];

удельную мощность, рассеиваемую НЗ:

;

удельную мощность, рассеиваемую компонентами:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

перегрев поверхности компонента:

[⁰С];

[⁰С];

[⁰С];

[⁰С];

[⁰С];

[⁰С];

[⁰С];

[⁰С];

[⁰С];

[⁰С];

[⁰С];

[⁰С];

температуру воздуха на выходе из блока (примем T_вх=21⁰С):

Т_вых=2×12,5+21=46 [⁰С]

значения перегревов окружающей компоненты среды приведены в таблице 6.3.1.

Таблица 6.3.1 – Рассчитанные значения перегревов окружающей компоненты среды