Icepak高級(jí)建模8_高度的影響

icepak 2011-10-10

8.高度的影響Altitude Effects
高度影響 P296--P306
空氣密度的大小隨著高度的變化而變化
高度越高空氣的密度越小
–這就意味著,高度很高時(shí)需要使用更大的風(fēng)扇
–這是因?yàn)?對(duì)于指定的流動(dòng)阻尼,風(fēng)扇提供固定的體積流率(而不是固定的質(zhì)量流率!!!)
–熱流率和氣體的質(zhì)量流率成正比
高度越高空氣的溫度越低
–在天氣很熱的時(shí)候例外,在地面向上3千米之內(nèi)可能密度反而有所增加
–溫度的降低會(huì)導(dǎo)致空氣的密度增大,但是,這對(duì)于空氣密度的影響是第二位的
當(dāng)高度很高時(shí)(e.g. 20 km)密度會(huì)很小,所以這時(shí)幾乎沒有空氣可以用于冷卻
因此,航空電子設(shè)備必須使用周圍的控制循環(huán)氣體進(jìn)行冷卻
航空電子設(shè)備這類應(yīng)用的主要問題是氣體污染問題
–循環(huán)氣體含有的微粒可能造成短路或?qū)顫娫幕瘜W(xué)降解
由于這個(gè)原因,冷卻氣體不允許直接接觸元件,而且是流過附在盒體上的冷板
在Icepak中模擬高度的影響:
–修改空氣的缺省密度
–把壓頭項(xiàng)乘上密度比(高空空氣密度除以海平面空氣密度)以修改特征曲線

在Icepak4.1中, 可以在Problem setup面板中輸入高度.不需要為了模擬高度影響再作任何修改

Variation of Air Density with Altitude
Altitude (ft)Temperature (R)Pressure (ibf/ft2)Density (lb/ft3)- 表P301

計(jì)算空氣密度
ρ = P/RT
P = 指定高度的大氣壓
T = 指定高度的空氣溫度
R = 氣體常數(shù)= 53.3
例海平面:
P = 2.1162 lbf/ft2
T = 518.69 deg R
ρ = P/RT
= 2116.2/(53.3x518.69)
= 0.07654 lb/ft3
= 1.226 Kg/m3

在電子散熱應(yīng)用中:
–元件大小很小,一般: 0.05-0.1m
–元件附近的氣流速度很小,一般:1-2 m/s
–流動(dòng)一般為層流或湍流度不大的湍流
所以平均熱傳遞系數(shù)(NusseltNumber)可以使用適用于平板流動(dòng)方程來進(jìn)行計(jì)算:
Nu = hL/k= 0.664*Re1/2*Pr1/3
Nu = 平均Nusselt數(shù)
h = 平均熱傳遞系數(shù)
L = 元件長度
k = 冷卻流體的熱導(dǎo)率
Re = Reylonds數(shù)= ρUL/μ
Pr = Prandtl數(shù)= μCp/k
U = 平均氣流速度
ρ = 冷卻流體的密度
μ= 冷卻流體的粘性
Cp= 冷卻流體的比熱
方程表明,平均熱傳遞系數(shù)和密度比值的平方根成正比:
h α(ρ2/ρ1)1/2

高度影響
這說明冷卻性能的下降受到高度增加的影響的嚴(yán)重程度不如受到簡單的密度比下降的影響
例如, 10,000 ft高空和海平面的比較:
–密度比= 0.05654/0.07654 ~ 0.74
–熱傳遞系數(shù)減小量~ 14%
節(jié)點(diǎn)溫度的減小比例會(huì)更小一些,因?yàn)榭偀嶙柽€包括固體內(nèi)部的熱傳導(dǎo)阻尼
典型電子散熱問題中, 10,000 ft的高空最高溫度比海平面的最高溫度增加了大約10-15%