автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Обеспечение тепловых режимов элементов радиоэлектронной аппаратуры с пространственным разделением термоэлектрического источника холода и объекта охлаждения

На правах рукописи

ЕВДУЛОВ Денис Викторович

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ ЭЛЕМЕНТОВ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ С ПРОСТРАНСТВЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ХОЛОДА И ОБЪЕКТА

ОХЛАЖДЕНИЯ

Специальность

05.04.03 - машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 3

-I О

Махачкала - 2009

003466747

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Дагестанский государственный технический университет».'; 1 -

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Исмаилов Т.А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Сулин Александр Борисович, начальник отдела теплофизических технологий ФГУП «НИИ промышленной и морской медицины» (г. Санкт-Петербург);

кандидат технических наук Исабеков Илахидин Мамалиевич, профессор кафедры физики ГОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет».

Ведущая организация ОАО НИИ «Сапфир».

Защита диссертации состоится «12» мая 2009 г. в 14ой часов на заседании диссертационного совета К212.052.01 в ГОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет», 367015, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля 70, ауд.202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет»

Автореферат разослан « //)

»

2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н.

Евдулов О.В.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие различных радиоэлектронных комплексов в последние десятилетия характеризуется включением в их состав теплона-груженных радиоэлектронных приборов. Постоянно расширяется диапазон изменения температуры среды, окружающей объект размещения прибора, усложняют-я и другие условия эксплуатации объектов, вместе с тем растут и требования к абильности характеристик комплексов. Работа многих теплонагруженных приоров должна проходить в условиях значительных внутренних и внешних тепло-ых воздействий, колебаний температуры окружающей среды, а параметры приоров при этом должны оставаться в заданных пределах.

Продолжительной, устойчивой работы приборов удается добиться, лишь соз-ав им необходимые температурные условия. Как правило, температурные усло-ия работы теплонагруженных приборов обеспечиваются специальными система-и обеспечения температурных режимов работы (СОТР). Последние весьма раз-ообразны, сложны, могут иметь значительные габариты, массу, энергопотребле-ие.

В значительном числе случаев масса, габариты, надежность терморегули-ующих систем не всегда сравнимы с соответствующими показателями радио-лектронной аппаратуры (РЭА), особенно актуально это для микроминиатюрных стройств с высокими удельными тепловыми потоками. Решение задачи темпера-рной стабилизации такой аппаратуры в этом случае может быть получено за чет применения в качестве СОТР охлаждающих термоэлектрических устройств ТЭУ), оптимально сочетающихся с ней по важнейшим энергетическим и массога-аритным характеристикам. Термоэлектрический метод охлаждения позволяет существлять эффективное понижение температуры объекта при незначительных абаритах и весе всего устройства. В случае необходимости рабочая температура истем, обеспечиваемая охлаждающим ТЭУ посредством специальной схемы, моет быть стабилизирована на требуемом уровне с большой точностью.

ТЭУ могут реализовать охлаждение элементов РЭА, являющихся элементами паратуры с плотной упаковкой и расположенных в труднодоступных местах, ри дистанционном разделении источника холода и тепловыделяющего элемента.

этом случае сопряжение охлаждающего ТЭУ и тепловыделяющего элемента ЭА может быть осуществлено за счет гибких теплопроводов, изготовленных ельнометаллическими либо в виде тепловых термосифонов. При этом до на-оящего времени не проводилось исследований охлаждающих ТЭУ, работающих ри данных условиях и рассчитанных на достаточно большие мощности рассеива-ия элементов РЭА (в диапазоне 300...400 Вт), где необходим учет существенных ермомеханических напряжений в конструкции СОТР. В данных условиях целесо-бразным является исследование сильноточных термоэлектрических батарей ТЭБ), применяемых в охлаждающих ТЭУ, в которых за счет специального слои-ого конструктивного исполнения были бы сведены до минимума механические апряжения, являющиеся следствием теплового расширения материалов.

Обзор публикаций, посвященных охлаждающим ТЭУ, указывает на то, что, есмотря на достаточно значительные успехи в этой области, на данный момент уществует необходимость в разработке новых термоэлектрических систем тепло-твода от элементов РЭА, являющихся составной частью аппаратуры с плотной паковкой. При этом важным является проектирование конструкций охлаждаю-их приборов для элементов РЭА, отличающихся значительными удельными теп-овыми потоками. Представляет интерес разработка ТЭУ на базе сильноточных

з

ТЭБ специальной слоистой конструкции, в которых могут быть уменьшены термомеханические напряжения. Указанный интерес обусловлен недостаточностью исследований в этой области наряду с острой необходимостью разработки действенных высокоэффективных охлаждающих приборов для отвода тепла и термостабилизации элементов РЭА, расположенных в труднодоступных местах радиоаппаратуры. Отмеченные обстоятельства и определяют актуальность настоящего диссертационного исследования.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка и исследование СОТР элементов РЭА, являющихся составной частью аппаратуры с плотной компоновкой и пространственным разделением термоэлектрического источника холода и объекта охлаждения.

Основными задачами диссертационной работы являются:

1. Разработка СОТР элементов РЭА с пространственным разделением термоэлектрического источника холода и объекта охлаждения, выполненной на базе сильноточных ТЭБ слоистой конструкции.

2. Разработка математической модели системы охлаждения элементов РЭА с пространственным разделением термоэлектрического источника холода и объекта охлаждения, выполненной на базе сильноточных ТЭБ слоистой конструкции, с учетом возникающих в них термомеханических напряжений.

3. Исследование конструкции СОТР элементов РЭА на базе слоистых ТЭБ, в которой сопряжение последних с тепловыделяющим элементом осуществляется за счет гибкого цельнометаллического теплопровода.

4. Исследование конструкции СОТР элементов РЭА на базе слоистых ТЭБ, в которой сопряжение последних с тепловыделяющим элементом осуществляется за счет теплового термосифона.

5. Экспериментальная проверка полученных теоретических результатов путем физического моделирования СОТР.

6. На основе проведенных исследований разработка новых типов устройств для охлаждения элементов РЭА, являющихся составной частью аппаратуры с плотной упаковкой.

7. Реализация разработанных методик и их рекомендация к использованию на практике.

Методы исследования. В процессе решения поставленных задач использованы принципы системного подхода, теория теплопроводности твердых тел, теория термоупругости, математическая статистика, численные методы решения дифференциальных уравнений и систем дифференциальных уравнений, экспериментальные методы исследования.

Новые научные результаты. При решении задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие основные новые научные результаты:

1. Разработан принцип построения СОТР РЭА с пространственным разделением источника холода и объекта охлаждения, заключающийся в применении в качестве средства охлаждения слоистой ТЭБ с улучшенными термомеханическими характеристиками, сопрягаемой посредством гибких теплопроводов с тепловыделяющим элементом РЭА.

2. Разработана математическая модель слоистого термоэлемента (ТЭ), учитывающая возможность определения величины термомеханических напряжений в ТЭ и позволяющая исследовать протекающие в нем тепловые и термомеханические процессы.

3. Разработана расчетная методика СОТР элементов РЭА на базе слоистых ТЭБ с учетом сопряжения их с тепловыделяющим элементом за счет гибкого цельнометаллического теплопровода, позволяющая оценить тепловые потери в нем.

4. Разработана расчетная методика СОТР элементов РЭА на базе слоистых ТЭБ с учетом сопряжения их с тепловыделяющим элементом за счет теплового термосифона, обеспечивающая возможность исследовать тепло- и массоперенос в системе.

5. Разработаны конструктивные варианты устройств для охлаждения элементов РЭА с возможностью их пространственного отделения от источника холода.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанные устройства охлаждения элементов РЭА позволят повысить надежность и эффективность работы аппаратуры за счет организации оптимального температурного режима ее работы.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные в диссертационной работе методы, расчетные модели и устройства использованы при выполнении госбюджетной научно-исследовательской работы в рамках тематического плана ГОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет» по заданию Министерства образования и науки Российской Федерации «Исследование термомеханических напряжений в сильноточных термоэлектрических батареях». Основные результаты диссертационной работы внедрены в практику проектирования и производство ОАО «Избербашский радиозавод им. Плешакова П.С.», а также в учебный процесс ГОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет».

Апробация результатов работы. Работа в целом и ее отдельные результаты докладывались и обсуждались на XI Межгосударственном семинаре «Термозлек-трики и их применение» (Санкт-Петербург, ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, 2008 г.), XIV Международной НТК «Проблемы ресурса и безопасности эксплуатации материалов и конструкций» (Санкт-Петербург, СПбГУНиПТ, 2008 г.), НТК «Криогенная техника и технология на рубеже второго столетия МИХ» (Санкт-Петербург, СПбГУНиПТ, 2008 г.), Международной НТК «Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию в электронике» (Москва, МИРЭА, 2008 г.), XXVII и XVIII итоговой НТК преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов ДГТУ (Махачкала, ДГТУ, 2006 и 2007 г.), научно-технических семинарах кафедры теоретической и общей электротехники ГОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет» с 2006 по 2008 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 4 статьи, 10 докладов и тезисов докладов на научных конференциях, получено 2 патента Российской Федерации на изобретение.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 123 наименования и приложения. Основная часть работы изложена на 134 страницах машинописного текста. Работа содержит 47 рисунков и 2 таблицы.

I 2. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертационной работы и определена практическая направленность результатов и логическая связь глав.

В первой главе дана характеристика существующих в настоящее время методов отвода теплоты от РЭА, проведен их критический анализ на предмет возможности использования для обеспечения температурного режима радиоэлектронных приборов, имеющих плотную упаковку. Анализ методов охлаждения показал, что применение систем обеспечения тепловых режимов элементов РЭА подобного типа на основе воздушного, водяного, испарительного, кондуктивного охлаждения часто является невозможным из-за эксплуатационных и массогабарит-ных ограничений. Наиболее приемлемым решением задачи обеспечения температурных режимов функционирования РЭА является использование в качестве СОТР охлаждающих ТЭУ, оптимально сочетающихся с ней по важнейшим энергетическим и массога-баритным показателям.

Обзор литературы по термоэлектрическому охлаждению показывает, что на сегодняшний день в этой области накоплен большой теоретический и экспериментальный материал, разработано и внедрено большое количество разнообразных аппаратов, устройств и приборов. Однако следует отметить, что на сегодняшний день недостаточно рассмотрены вопросы, касающиеся возможности эффективного сопряжения элемента РЭА, являющегося составной частью блока

радиоаппаратуры с плотной упаковкой, и удаленного термоэлектрического источника холода. Также в литературе не рассмотрены проблемы улучшения термомеханических характеристик сильноточных ТЭБ, рассчитанных на высокие значения плотности тепловых потоков, которые могут быть применены для обеспечения температурных режимов работы мощных элементов РЭА.

Для решения указанных задач, не решенных в настоящее время в полной мере, в диссертационной работе предложена схема охлаждения элементов РЭА, +• входящих в состав аппаратуры с плотной упаковкой и удаленных от источника хо-у лода, состоящая в использовании силь-

Рис.2. Расчетная схема слоистого ТЭ. НОТОЧНЫХ ТЭБ СЛОИСТОЙ КОНСТРУКЦИИ

(рис. 1) с сопрягающими теплопроводами. Рассмотрены возможности изготовления цельнометаллических теплопроводов и выполненных на базе тепловых термосифонов.

С учетом проведенного обзора сформулирована цель диссертационной работы. Поставлены задачи диссертационной работы, которые необходимо решить для

1. 2 з

\ -

Рис. 1. Конструкция слоистой ТЭБ -1 и 2 - ветвь р- и п-тмпа, 3 - коммутационные пластины.

5 !

4 1

4

3 ' К

2 Ь,

1 ' у

(

вид

достижения указанной цели.

Во второй главе рассмотрена математическая модель слоистого ТЭ, позволяющая рассчитать его тепловое поле и поле термомеханических напряжений, а также методики расчета СОТР, построенной на базе слоистых ТЭ с учетом сопряжения их с тепловыделяющим элементом посредством гибкого цельнометаллического теплопровода и теплового термосифона.

Расчетная схема определения теплового поля в слоистом ТЭ приведена на рис. 2. Области 1, 3 и 5 - коммутационные пластины, 2 и 4 - термоэлектрический материал.

Система дифференциальных уравнений теплопереноса для этой схемы имеет

' дх2 ' ду2 ' 3/

х1 +А' ду> а, '

0)

дх ду 81

л ?Ь- + ,>а -с &

л' дх' +я< п'~с' д,'

Л> ах2 Л> & 1 3 5 а ' где Л, - коэффициент теплопроводности, Д - удельное электрическое сопротивление, у — плотность электрического тока, С, - объемная теплоемкость, 7) - температура, 1=1.....5,1- время.

Начальные, граничные условия и условия сопряжения имеют вид: Тш.^=Т„при 1 = 0,

^ = РЛТ,-Тш)прих = 0.0<у<(,

Л,^ = Л2~Г + <*,^Т1прих = И1,0<у<е, ах ах

Л1^—а^Т] = Л3^-прих = И},0<у<е, ах ох

~~ = А< -¡г~ _ ЯцА) при х = И3,0<у<1, (2)

дх дх дТ дТ

ах ох

Л,^- = ф,-Тср)Приу = 0и(.0<лт*Л„ ду

Л2И£- = /з(гг-Тср)фиу = 0иМ,<хаЬг,

л^=А{т3-тср)приу=Оие,ь2<х<к3, ду

К~ = Рк, - Тср)при у = 0 и е. И, < х < А,,

оу

л, = -Тср)приу = 0ие,Н4<х<ъ,, ду

где Тср - температура окружающей среды, а - коэффициент термо-э.д.с., /7 - коэффициент теплообмена с окружающей средой, ртс - коэффициент теплообмена с системой теплосброса, Ттс ~ температура системы теплосброса.

Для решения системы уравнений (1) с соответствующими начальными и граничными условиями (2) использован метод конечных элементов.

На рис. 3, 4 приводятся соответственно двумерное температурное поле слоистого ТЭ, а также распределение плотности теплового потока после выхода его на стационарный режим работы. В качестве исходных данных использовались: Л/=Лз=Лг1395 Вт/(м-К), Л2=Л^=1,5 Вт/(м-К), р!=р3=рг 0,0172-Ю"6 Омм, 6510-6 Омм, С/= С г Сг=383 Дж/(м3-К), С2= С/=123 Дж/(м3-К), 7^=293 К, Тд-291 К, о=0,2 10"3 В/К, Д=10 Вт/(м2-К), 7^=291 К, Д„,=70 Вт/(м2 К).

Величина теплового потока определялась из соотношения:

где/-1,...,5.

На рис. 5-6 показано соответственно распределение температуры ТЭ вдоль его продольной оси при различной величине тока питания, а также изменение во времени температуры в различных точках слоистого ТЭ.

Как следует из полученных данных, при использовании ТЭ в слоистом исполнении можно получить значительный перепад температур между холодной и горячей коммутационной пластиной при большой величине теплового потока. Так, при перепаде температур между коммутационными пластинами в 47 К тепловой поток на холодном спае ТЭ, пропорциональный его холодопроизводительности, составляет порядка 18000 Вт/м2, что соответствует при данной геометрии ТЭ току питания в 140 А. С уменьшением величины питающего электрического тока значение теплового потока на холодном спае ТЭ и перепад температур между его спаями также уменьшаются. При этом снижении тока питания ТЭ с 140 А до 80 А уменьшает перепад температур между спаями ТЭ с 47 К до 31 К, соответственно тепловой поток на холодном спае уменьшается с 18000 Вт/м2 до 12000 Вт/м2.

На рис. 6 приведены данные об изменении температуры холодной и горячей коммутационной пластин, а также различных точек ветви ТЭ во времени при токе питания 140 А. Согласно приведенным данным, температура в указанных точках выходит на установившийся режим примерно через 900 с. Данное обстоятельство связано с достаточно большими габаритными размерами ТЭ. При толщине коммутационных пластин 2 мм и высоте ветвей ТЭ 4 мм площадь поперечного сечения равняется 400-Ю"6 м2. При этом, как следует из расчетных данных, целесообразным будет являться предусмотреть съем теплоты не только с горячих комтуацион-ных пластин, но и также с близлежащей к ним поверхности ветвей ТЭ. В данном конструктивном исполнении может быть предложен дополнительный теплосьем примерно с 1/3 боковой поверхности ТЭ.

Для оценки термомеханических характеристик ТЭ слоистой конструкции был произведен расчет возникающих в нем механических напряжений и деформаций, являющихся следствием теплового расширения материалов.

Т(Ю

гро'ви?)

Рис.4. Картина распределения тепловых потоков в слоистом ТЭ.

ис.5. Распределение температуры ТЭ вдоль про- Рис.6. Изменение температуры в различных точках слои-эльной оси слоистого ТЭ при различной вели- стого ТЭ вдоль продольной оси во времени: 1 - холодная •ше тока питания: 1 - 140 А, 2 - 120 А, 3 - 100 коммутационная пластина, 2 - ветвь ТЭ на расстоянии 1,5 I, 4 - 80 А. мм от холодной коммутационной пластины, 3 - ветвь ТЭ

( на расстоянии 1,5 мм от горячей коммутационной пласта-

ны, 4 - горячая коммутационная пластина.

Расчет производился также с использованием метода конечных элементов. При этом математическая формулировка задачи имела следующий вид.

Температурная деформация материала определяется коэффициентами линейного расширения и изменением температуры относительно температуры неде-формированного состояния. Составляющая начальной термической деформации

для изотропного материала (для упрощения расчетов термоэлектрический материал, из которого изготавливались ветви ТЭ, также принимался изотропным) имеет вид:

(3)

где г - коэффициент Пуассона, у- коэффициент линейного расширения материала, ЛТ - перепад температуры между деформированным и недеформированным состоянием.

Соотношение между механическими напряжениями и деформациями выражается зависимостью:

Г • (4)

где [о]=

¡-V1

1 V 0

V 1 0

0 0 ¡-V

2 .

- матрица упругости, Е - модуль Юнга,

дЗх &

ду

азх дзу —£.+—

дх ду

- деформация,

- компоненты вектора перемещении.

Уравнения статического равновесия имеют следующий вид:

5т„

Эу да.

(5)

дх

дх ду

где/х./у~ компоненты вектора плотности объемной силы, <гх, сгу, тч - нормальные и касательное механические напряжения по осям.

Решение уравнений (3)-(5) с учетом граничных условий, определяющих наличие по всем граням системы нулевого нормального давления, распределение температуры, определяемого при решении уравнений (1)-(2), а также наличие упругих подвесов в крайних точках ТЭ, дает возможность получить двумерную картину механических напряжений, деформаций и перемещений.

Результаты вычислений приведены на рис. 7-8. Расчеты выполнены при следующих исходных данных: £=1,2-106 Н/м2; ^=0,3; у= 22,210"6 1/К для термоэлектрического материала и £=1,2-10" Н/м2; и=0,34; >=16,8-Ю"6 1/К для медных коммутационных пластин. Предел прочности термоэлектрического материала составляет 1,0-Ю7 Н/м2, коммутационных пластин - 3,2-108 Н/м2.

На рис.7 показано двумерное поле механических напряжений для слоистого ТЭ при токе питания 120 А, что соответствует величине теплового потока 16000 Вт/м . Как следует из приведенных данных, для указанного конструктивного исполнения ТЭ величина механических напряжений не выходит за допустимые значения. Наибольшая нагрузка приходится на места контакта коммутационных пластин с ветвями ТЭ. Здесь величина механической нагрузки достигает значения

ю

Рис.7. Картина распределения механических напряжений в слоистом ТЭ.

7 , а (107 Н/м3)

0,9-10 Н/м* для коммутационной пластины. Наибольшие механические напряжения в термоэлектрическом веществе не превышают 0,2107 Н/м2. На рис.7 также отображена деформированная граница ТЭ. Как следует из рисунка, в случае слоистой конструкции ТЭ деформации относительно незначительны и связаны, прежде всего, с удлинением и расширением ТЭ с боков, что объясняется отсутствием его жесткой фиксации по краям. При этом максимальная величина перемещений согласно расчетным данным не превышает 0,18 мм.

Для сравнения на рис. 8 рассмотрена картина механических напряжений при тех же условиях для классического П-образного ТЭ. В данном случае деформации достаточно велики, и при величине тока питания 120 А без применения специальных мер по снижению термомеханических нагрузок механические усилия превышают соответствующий передел прочности материала. Например, для коммутационных пластин в стыке с ветвью ТЭ значение механических напряжений свыше 7108 Н/м2

ачто более, чем в 2 раза

т(ю а (1р° превышает величину предела прочности меди, для термоэлектрического материала соотношение механических нагрузок и предела прочности в данном случае еще выше. При этом в соответствии с проведенными расчетами установлено, что для данной конструкции ТЭ наибольшим током питания без превышения допустимого значения механических нагрузок в системе является электрический ток, не превышающий величины 82 А, т.е. почти в 1,7 раза меньше, чем в случае использования слоистого ТЭ, для которого максимальная величина тока питания по расчетам составляет- 140 А.

Рис.8. Температурное поле (а) и поле механических напряжений (б) классической П-образной конструкции ТЭ.

П

При моделировании теплового режима слоистого ТЭ с цельнометаллическим теплопроводом к дифференциальным уравнениям (1) с начальными и граничными условиями (2) необходимо добавить уравнение Фурье, описывающее процесс теплопередачи в теплопроводе, а также соответствующие граничные условия по его боковой поверхности и условия сопряжения с ним коммутационной пластины. Здесь в соответствии с постановкой задачи начальная температура в теплопроводе принимается равной Тср. Математическая формулировка задачи теплопередачи в цельнометаллическом теплопроводе имеет вид:

, д2тш. „ ат_.

дхг "" ду> "" д! Тт,=Терпри 1 = 0,

Ятп = /}{гтл - Тср) по боковой поверхности теплопровода,

= в месте контакта теплопровода с коммутационной

дп дп

пластиной,

где Тят, Тт - температура теплопровода и коммутационной пластины, Ли, Лкп -коэффициент теплопроводности материала теплопровода и коммутационной пластины, С™ - объемная теплоемкость материала теплопровода, п - нормаль к изотермической поверхности.

На рис. 9 показано двумерное температурное поле слоистого ТЭ с медным теплопроводом, сопряженным с его холодной коммутационной пластиной. При проведении численного эксперимента использовались теплопровод и ТЭ, имеющие следующие размеры: длина теплопровода - 0,32 м, площадь его поперечного сечения - 16 мм , высота ветвей ТЭ - 4 мм, толщина коммутационных пластин -4 мм, площадь поперечного сечения ТЭ 16 мм2. Предполагалось наличие теплообмена боковой поверхности теплопровода с окружающей средой, при этом коэффициент теплообмена с окружающей средой был принят равным 2 Вт/К м2, а температура окружающей среды 293 К. Как следует из представленных данных, температурное поле медного теплопровода достаточно равномерно, температурные потери на нем относительно не велики. Согласно рис. 10, где приведено распределение температуры по высоте теплопровода, перепад температур на нем не превышает 4 К.

Другим возможным конструктивным решением дистанционного разделения источника холода и РЭА является применение в качестве теплопровода испари-тельно-конденсационного теплового термосифона, при использовании которого коэффициент теплообмена в испарительной и конденсационной зонах может достигать величины равной 105 Вт/м2-К. Разработана методика расчета такой системы. Задача расчета построена для трех основных частей теплового термосифона - зоны испарения, конденсации и транспортной зоны. Для каждой из зон решена соответствующая задача тепло- и массообмена на основе известных уравнений.

На рис. 11 приведена двумерная картина распределения теплового потока по теплопроводу, выполненному в виде теплового термосифона, а на рис.12 рассмотрено изменение теплового потока вдоль продольной оси теплопровода. В качестве теплоносителя предполагалось использование хладагента типа Я 124 Ь (СгНэС^г) с температурой кипения 263,2 К. Как следует из полученных результатов, поле распределения теплового потока в тепловом термосифоне практически равномерное. При этом максимальное отличие в величине теплового потока между его кон-

Рис.И. Картина распределения тепловых потоков Рис.12. Изменение теплового потока по

в слоистом ТЭ с тепловым термосифоном. длине теплового термосифона.

2

цами равно 900 Вт/м . Для сравнения это значение в случае использования медного теплопровода составляло 5800 кВт/м2. Таким образом, следует, что при необходимости сопряжения тепловыделяющего элемента РЭА и ТЭБ, удаленных друг 1 от друга на достаточно большое расстояние (свыше 0,5-Ю,6 м), целесообразным 1 является применение не цельнометаллического теплопровода, а теплопровода, изготовленного в виде теплового термосифона. Вместе с тем при небольших расстояниях между элементом РЭА и ТЭБ эффективнее все же является использова-■. ние цельнометаллических теплопроводов, имеющих более простую конструкцию

и технологию изготовления.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований СОТР с пространственным разделением элемента РЭА и слоистой ТЭБ. Эксперимент проводился с целью подтверждения адекватности математических моделей физическому процессу и для проверки правильности сделанных на их основе выводов.

Объектом экспериментальных исследований являлся опытный образец СОТР, в котором сопряжение тепловыделяющего элемента и ТЭБ осуществлялось путем использования цельнометаллических теплопроводов.

СОТР включает в себя слоистую ТЭБ, выполненную из пяти ТЭ, жидкостной теплообменный аппарат для съема теплоты с горячих коммутационных пластин и цельнометаллические теплопроводы, изготовленные из меди и алюминия. Ветви ТЭ имеют цилиндрическую форму, диаметр ветвей - 8 мм, высота - 3,5 мм, толщина коммутационных пластин - 1 мм, высота - 17 мм и ширина - 4 мм. Длина теплопроводов варьировалась в диапазоне от 200 до 425 мм, толщина теплоизоляции теплопроводов составляла 1 мм. Жидкостной теплообменный аппарат выполнен таким образом, чтобы поверхность его сопряжения с горячими коммутационными пластинами ТЭБ была ребристой. Причем расстояние между ребрами, их высота и ширина соответствовали толщине, высоте и ширине коммутационных пластин с учетом нанесенной на них теплоизоляции.

Для питания ТЭБ подключалась к высокоамперному регулируемому источнику постоянного электрического тока 8 GW Laboratory DC Power Supply GPR-1850HD. Сбор экспериментальных данных осуществлялся автоматически с помощью измерителя технологического многоканального ИРТМ 2402/МЗ, который подключался к ПЭВМ, что обеспечивало возможность одновременного подсоединения до 24 датчиков температуры. Измерение температуры в ходе эксперимента проводилось с помощью медь-константановых термопар, опорные спаи которых помещались в сосуд Дьюара, а сигнал снимался измерителем ИРТМ 2402/МЗ. Напряжение и ток на ТЭБ фиксировались при помощи встроенных в источник электрического тока амперметра и вольтметра.

В ходе эксперимента определялись напряжения и ток на ТЭБ, температура окружающей среды, температуры на холодных коммутационных пластинах, в различных точках теплопроводов, на входе и выходе жидкостного теплообменного аппарата.

Согласно полученным данным, перепад температур между холодным спаем ТЭБ и концом теплопровода длиною 0,425 м, выполненным из меди, составляет порядка 6 К. При этом данная величина перепада температур имеет примерно такое же значение в диапазоне токов питания ТЭБ от 10 до 50 А. Продолжительность выхода СОТР на стационарный режим работы составляет 20-25 мин. для различных точек системы. При этом продолжительность выхода на стационарный режим для контрольной точки, расположенной в конце теплопровода, несколько выше, чем для холодной коммутационной пластины, и составляет около 25 мин., тогда как для последнего случая эта величина не превышает 20 мин. Данное обстоятельство объясняется удалением контрольной точки на конце теплопровода от источника холода - контакта ветви полупроводника и коммутационной пластины, конечным значением коэффициента теплопроводности материала теплопровода и теплопритоками из окружающей среды. Максимальное снижение температуры получено при увеличении тока питания ТЭБ до 50 А. При этом температура коммутационной пластины снижалась до 258,5 К, контрольной точки в конце теплопро-

вода - 264 К. Соответственно при последовательном уменьшении питающего ТЭБ электрического тока до 40, 30, 20 и 10 А температура коммутационной пластины снижалась до 261,5, 267,5, 273 и 280 К, а на конце теплопровода - до 268,5, 273, 279, 285,5 К.

В результате проведения эксперимента установлено, что разность температур между концами теплопровода линейно увеличивается с ростом его длины. Так, для медного теплопровода перепад температур между холодной коммутационной пластиной и концом теплопровода изменяется от 2,5 до 6 К при увеличении длины теплопровода с 20 до 42,5 см при значении тока питания ТЭБ 40 А. Для алюминиевого теплопровода длиной 20 см перепад температур между холодной коммутационной пластиной и концом теплопровода составляет 4,3 К при том же токе питания, при длине теплопровода 42,5 см эта величина равна 9,3 К. Данное обстоятельство позволяет сделать вывод об эффективности использования медных теплопроводов в тех случаях, когда предъявляются особые требования к температурным потерям по их длине и отсутствуют ограничений по массе и стоимости устройства охлаждения. В противном случае, особенно когда длина теплопровода незначительна, более эффективным будет применение алюминиевых теплопроводов, менее дорогих, чем медные, и имеющих также меньшую массу.

Эксперимент подтвердил правомерность разработанных математических моделей и полученных на их основе теоретических положений. Среднее отклонение экспериментальных данных от расчетных составило не более 10 % на всем диапазоне измерений.

В четвертой главе описаны разработанные конструкции СОТР.

На рис. 13, а приведена конструкция СОТР с цельнометаллическими теплопроводами, а на рис.13, б ее внешний вид без контактных площадок. СОТР содер-

Элемент РЭА

Рис.13, б. Внешний вид СОТР с цельнометаллическими теплопроводами.

Система теплосброса

Рис. 13, а. Конструкция СОГР с цельнометаллическими теплопроводами.

жит последовательно соединенные в электрическую цепь полупроводниковые ТЭ, каждый из которых образован двумя ветвями, изготовленными из полупроводника соответственно р- и п-типа 1 и 2. Ветви 1 и 2 ТЭ расположены вдоль линии, а коммутационные элементы 3 и 4 выполнены в виде гибких электроизолированных друг от друга теплопроводов - медных шин 5 с контактными площадками 6 и 7 на концах, изготовленными из электропроводного материала. Контактные площадки 6 соединены с двух сторон с ветвями полупроводника р- и п-типа 1 и 2, а контакт-

Система теплосброса цые площадки 7 - с электроизолирован-

+ + + + + * + + + + + + + ными друг от друга контактными площадками 8, выполненными в виде пленок металлов или сплавов, нанесенных на керамические пластины - теплопере-ходы 9 или в виде медных пластин, напаянных на электроизолированные пленочные контакты керамической пластины, причем все четные коммутационные пластины 4 соединены с одним, а нечетные 3 - другим теплопереходом. Контакты 10 служат для подвода электрической энергии к ТЭБ.

На рис. 14 изображена конструкция СОТР, в которой в качестве теплопроводов выступают тепловые термосифоны.

В заключении сформулированы основные выводы по диссертационной работе в целом.

В приложении к диссертации приведены акты внедрения результатов работы.

Элемент РЭА Рис. 14. Конструкция СОТР с тепловыми термосифонами.

3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В процессе решения задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие основные результаты:

1. На основе результатов проведенного обзора методов охлаждения РЭА показано, что для отвода тепла и термостабилизации мощных элементов РЭА, являющихся составной частью аппаратуры с плотной упаковкой, целесообразно использовать сильноточные ТЭБ с теплопроводами.

2. Предложены СОТР элементов РЭА с пространственным разделением термоэлектрического источника холода и объекта охлаждения, выполненные на базе сильноточных ТЭБ со слоистой конструкцией с цельнометаллическими теплопроводами и тепловыми термосифонами.

3. Разработана математическая модель слоистого ТЭ в виде системы уравнений нестационарной теплопроводности и механических напряжений, позволяющая определить значение термомеханических напряжений в ТЭ.

4 Осуществлен расчет величины механических напряжений и деформаций, возникающих в слоистом ТЭ, произведено сравнение полученных данных с характеристиками идентичного П-образного ТЭ. Установлено, что при слоистом исполнении ТЭ механические напряжения, возникающие в нем значительно ниже, чем для случая П-образного ТЭ.

5. Предложены методики расчета СОТР элементов РЭА на базе слоистых ТЭБ с учетом сопряжения их с тепловыделяющим элементом с помощью гибких цельнометаллических теплопроводов и тепловых термосифонов.

6. Доказана адекватность разработанных математических моделей экспериментальным путем, сопоставление экспериментальных и расчетных данных показало, что их расхождение не превысило допустимых значений.

7. На основе проведенных исследований разработаны новые типы устройств для теплоотвода от элементов РЭА, являющихся составной частью аппаратуры с плотной упаковкой

8. Результаты диссертационной работы внедрены в производственный процесс и в учебный процесс вуза.

9. Конструкции слоистой ТЭБ и СОТР на ее основе защищены патентами Российской Федерации на изобретение.

Основные положения и результаты диссертационного исследования опубликованы в следующих работах:

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией

1. Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Евдулов Д.В. Расчет теплового поля и поля термомеханических напряжений сильноточного термоэлемента слоистой конструкции // Вестник Международной академии холода. - 2008. - № 4. -С. 28-32;

2. Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Махмудова М.М., Евдулов Д.В. Исследование системы охлаждения элементов радиоэлектронной аппаратуры, работающих в режиме повторно-кратковременных тепловыделений К Известия вузов России. Радиоэлектроника. - 2008. - № 5. - С. 52-59;

3. Исмаилов Т.А., Евдулов Д.В., Евдулов О.В., Вердиев М.Г. Проектирование сильноточных термоэлектрических батарей для холодильных установок средней мощности // Холодильная техника. - 2009. -№1. - С. 26-28.

Статьи, опубликованные в других научных журналах и изданиях

4. Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Евдулов Д.В. Система охлаждения РЭА с пространственным разделением источника холода и объекта тепловыделений // XXVII итоговая научно-техническая конференция преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов: сборник тезисов докладов. - Махачкала : ДГТУ, 2006. - С. 10;

5. Евдулов Д.В. Конструкция сильноточной термоэлектрической батареи с тепловыми трубами // Состояние и перспективы развития термоэлектрического приборостроения: материалы III Всероссийской научно-технической конференции. - Махачкала: ДГТУ, 2007. - С. 88-89;

6. Евдулов О.В., Евдулов Д.В. Тепловые трубы в системах теплоснабжения // XXVIII итоговая научно-техническая конференция преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов: сборник тезисов докладов. - Махачкала : ДГТУ, 2007.-С. 15-16;

7. Евдулов Д.В. Устройство для отвода тепла от элементов радиоэлектронной аппаратуры // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. - Махачкала: ДГТУ, 2007. - № 9. - С. 1011;

8. Исмаилов Т.А., Евдулов Д.В. Особенности работы термоэлектрических охлаждающих устройств в циклическом режиме // XXVIII итоговая научно-техническая конференция преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов: сборник тезисов докладов. - Махачкала : ДГТУ, 2007. - С. 1718;

9. Евдулов Д.В. Использование тепловых труб для стабилизации температуры // XXVIII итоговая научно-техническая конференция преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов: сборник тезисов докладов. - Махачкала: ДГТУ, 2007. - С. 19;

Ю.Термоэлектрическая батарея : пат. 2335036 Рос. Федерация : МПК7 Н 01 L 35/28 / Исмаилов Т.А., Вердиев М.Г., Евдулов О.В., Евдулов Д.В.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет». - № 2006119714; заявл. 05.06.06, опубл. 27.09.2008, Бюл. №27;

11.Устройство для отвода теплоты от элементов радиоэлектронной аппаратуры: пат. 2335103 Рос. Федерация : МПК7 Н 05 К 7/20 / Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Махмудова М.М., Исмаилов Р.Т., Евдулов Д.В.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет». - № 2007127120; заявл. 16.07.07, опубл. 27.09.2008, Бюл. №27;

12.Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Евдулов Д.В. Конструкция многокаскадных сильноточных термоэлектрических батарей II Термоэлектрики и их применения: материалы XI Межгосударственного семинара. - СПб. : ФТИ РАН, 2008.-С. 312-314;

13.Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Евдулов Д.В. Устройство для охлаждения элементов радиоэлектронной аппаратуры, выполненное на базе сильноточных термоэлектрических батарей слоистой конструкции, с цельнометаллическими теплопроводами // Криогенная техника и технология на рубеже второго столетия МИХ: материалы научно-технической конференции. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2008. - С. 112-114;

14.Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Вердиев М.Г., Евдулов Д.В. Повышение термомеханической эффективности сильноточных термоэлектрических элементов // Проблемы ресурса и безопасности эксплуатации материалов и конструкций: материалы XIV Международной научно-технической конференции. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2008. - С. 97-100;

15.Евдулов О.В., Евдулов Д.В. Система охлаждения элементов РЭА с пространственным разделением термоэлектрического источника холода и объекта // Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию: материалы V Международной научно-технической школы -конференции. - М.: Энергоатомиздат, 2008. - 4.1. - С. 202-205.;

16.Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Евдулов Д.В. Математическая модель системы охлаждения элементов радиоэлектронной аппаратуры на базе слоистых термоэлектрических батарей с пространственным разделением источника холода и объекта охлаждения // Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию: материалы V Международной научно-технической школы - конференции. - М.: Энергоатомиздат, 2008. - 4.1.-С. 208-211.

Формат 60x84 1/16. Бумага офсет 1. Печать ризографная. Гарнитура Тайме. Усл.п.л. 1,5 изд.л. 1,1 Заказ №231-09. Тираж 100 экз. Отпечатано в тип. ЦП Тагиева Р.Х. г. Махачкала, ул. Гамидова, 2 "СРОРМАТ"

Введение.

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 радиоэлекгронной 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.1.

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.

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 эффективного охлаждения элементов РЭА с высоким уровнем тепловыделений необходимо использование ТЭБ с высоким значением плотности теплового потока. В этих условиях целесообразным будет использование сильноточных ТЭБ, в которых при небольшом количестве термоэлементов (ТЭ) за счет большого значения электрического тока может быть развита значительная холодопроизводительность. Важным является разработка такой конструкции сильноточной ТЭБ, в которой были бы практически исключены термомеханические напряжения, являющиеся следствием теплового расширения материала и биметаллического эффекта.

В соответствии с вышеизложенным целью диссертационной работы является разработка и всестороннее исследование СОТР элементов РЭА, являющихся составной частью аппаратуры с плотной компоновкой и расположенных в труднодоступных областях, с пространственным разделением термоэлектрического источника холода и объекта охлаждения, выполненной на базе сильноточных ТЭБ, в которых за счет специального конструктивного исполнения сведены до минимума термомеханические напряжения.

Основными задачами диссертационной работы являются:

1. Разработка СОТР элементов РЭА с пространственным разделением термоэлектрического источника холода и объекта охлаждения, выполненной на базе сильноточных ТЭБ слоистой конструкции.

2. Разработка математической модели системы охлаждения элементов РЭА с пространственным разделением термоэлектрического источника холода и объекта охлаждения, выполненной на базе сильноточных ТЭБ слоистой конструкции, с учетом возникающих в них термомеханических напряжений.

3. Исследование конструкции СОТР элементов РЭА на базе слоистых ТЭБ, в которой сопряжение последних с тепловыделяющим элементом осуществляется за счет гибкого цельнометаллического теплопровода.

4. Исследование конструкции СОТР элементов РЭА на базе слоистых ТЭБ, в которой сопряжение последних с тепловыделяющим элементом осуществляется за счет теплового сифона.

5. Проведение комплекса экспериментальных исследований.

6. На основе проведенных исследований разработка новых типов устройств для теплоотвода от элементов РЭА, являющихся составной частью аппаратуры с плотной упаковкой.

7. Практическая реализация результатов работы.

В диссертационной работе рассматриваются конструктивные решения системы охлаждения, позволяющие осуществить процесс охлаждения и элементов РЭА, являющихся составляющей частью радиоаппаратуры с плотной упаковкой или находящихся в труднодоступных местах. В СОТР РЭА используются ТЭБ слоистой конструкции, рассчитанные на значительны величины тока питания. При этом их сопряжение с радиоэлементами осуществляется за счет использования теплопроводов, выполненных либо цельнометаллическими, либо в виде тепловых сифонов. Разработаны математические модели функционирования СОТР с цельнометаллическими теплопроводами и теплопроводами, выполненными в виде тепловых сифонов. При моделировании работы сильноточной слоистой ТЭБ рассмотрены вопросы, связанные , с расчетом ее термомеханических характеристик.

Результаты теоретических исследований подтверждены серией экспериментов, проведенных для СОТР с цельнометаллическими теплопроводами на специально созданном стенде в соответствии с разработанными методиками проведения испытаний.

Проведенные исследования позволяют правильно оценить возможности СОТР, а также проводить целенаправленный и обоснованный ее выбор для различных объектов.

Практическая значимость выполненных исследований состоит в разработанных теоретических основах СОТР элементов РЭА на базе полученных в работе уравнений, учитывающих характеристики охлаждаемых объектов, слоистых ТЭБ, а также параметры среды. Определена методика для всестороннего анализа работы СОТР, а также влияния характеристик охлаждаемого объекта и других факторов на их энергетические и технико-экономические показатели. Проведенные исследования позволяют правильно оценить возможности представленной к рассмотрению СОТР, проводить целенаправленный и обоснованный ее выбор для организации заданного температурного режима различных радиоэлектронных объектов. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать практические рекомендации по использованию теплоотводящих систем при различных условиях эксплуатации с учетом тепловых нагрузок, массогабаритных характеристик и других показателей для объектов РЭА.

Полученные результаты исследований нашли практическое применение в различных организациях и предприятиях. Отдельные разработки при непосредственном участии автора испытаны, внедрены и переданы организациям электронной промышленности, средств автоматики и систем управления. Реализация результатов работы на объектах улучшило тактико-технические данные, эффективность, точность и качество устройств и систем, в которых они применялись. Внедрение разработанных устройств и систем на предприятиях позволило достичь существенного экономического эффекта.

Проводимые исследования являлись составной часть госбюджетной научно-исследовательской темы «Исследование термомеханических напряжений в сильноточных ТЭБ» в рамках тематического плана Дагестанского государственного технического университета по заданию Федерального агентства по образованию.

Диссертация подводит итог комплексу исследований, выполненных автором за последние три года в Дагестанском государственном техническом университете.

Выводы

По результатам проведенных экспериментальных исследований сделаны следующие выводы:

1. Для проведения исследований СОТР, выполненной на базе сильноточной слоистой ТЭБ, сопрягаемой с тепловыделяющим элементом посредством цельнометаллических теплопроводов, собран экспериментальный стенд, включающий в себя опытный образец системы, источник постоянного электрического тока и комплекс для измерения температуры в контрольных точках.

2. Были проведены измерения температуры в различные моменты времени в контрольных точках опытного образца СОТР при фиксированных значениях токов питания ТЭБ. Контрольные точки располагались по длине теплопровода, на холодной коммутационной пластине, жидкостном теплооб-менном аппарате. Исследовалось изменение температуры по длине теплопроводов, выполненных из меди и алюминия. ч

3. Максимальное снижение температуры получено при увеличении тока питания ТЭБ до 50 А. При этом температура коммутационной пластины снижалась до 258,5 К, контрольной точки в конце теплопровода - 264 К. Соответственно при последовательном уменьшении питающего ТЭБ электрического тока до 40, 30, 20 и 10 А температура коммутационной пластины снижалась до 261,5, 267,5, 273 и 280 К, а на конце теплопровода - до 268,5, 273, 279, 285,5 К.

4. Согласно полученным данным перепад температур между холодным спаем ТЭБ и концом теплопровода длиною 42,5 см, выполненным из меди, составляет порядка 6 К. При этом данная величина перепада температур имеет примерно то же значение в диапазоне токов питания ТЭБ от 10 до 50 А. Для алюминиевого теплопровода той же длины и токе питания ТЭБ перепад температур между холодной коммутационной пластиной и концом теплопровода составляет 9,3 К.

5. Результаты эксперимента говорят об эффективности использования медных теплопроводов в тех случаях, когда предъявляются особые требования к температурным потерям по их длине и отсутствуют ограничений по массе и стоимости устройства охлаждения. В противном случае, особенно когда длина теплопровода незначительна, более эффективным будет применение алюминиевых теплопроводов, менее дорогих, чем медные и имеющих также меньшую массу.

6. Согласно результатам эксперимента для опытного образца СОТР продолжительность выхода на стационарный режим работы составляет 20-25 мин. для различных точек системы. При этом продолжительность выхода на стационарный режим для контрольной точки, расположенной в конце теплопровода несколько выше, чем для холодной коммутационной пластины, и составляет около 25 мин., тогда как для последнего случая эта величина не превышает 20 мин.

7. В соответствии с опытными данными для отвода теплоты от горячей коммутационной пластины не требуется принятия специальных мер, для этого достаточно применение жидкостного теплосъема с комнатной температурой жидкости и незначительным массовым расходом.

8. При работе ТЭБ в режиме нагрева при увеличении величины тока питания ТЭ температура коммутационных пластин значительно возрастает. При изменении тока питания с 20 до 50 А температура горячей коммутационной пластины увеличивается с 334 до 350, К, при этом температура на конце медного теплопровода изменяется с 329 до 344 К. Разность температур между горячей коммутационной пластиной концом теплопровода составляет примерно ту же величину, что и для случая работы ТЭБ в режиме охлаждения. Данное значение перепада температур в диапазоне токов от 10 до 50 А составляет 5-7 К.

9. Среднее отклонение экспериментальных данных от расчетных составило не более 9 % на всем диапазоне измерений.

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

Современные устройства РЭА характеризуются высокими локальными рассеяниями тепла, что вызывает дестабилизацию их работы и снижает надежность. Применение СОТР на основе воздушного, водяного охлаждения или тепловых труб часто невозможно из-за эксплуатационных и массогаба-ритных ограничений. Поэтому решение задачи температурной стабилизации РЭА может быть получено применением в качестве СОТР охлаждающих полупроводниковых ТЭУ, оптимально сочетающихся с РЭА по важнейшим энергетическим и массогабаритным показателям. При этом часто тепловыделяющий элемент РЭА является только составной частью аппаратуры, имеющей плотную упаковку. Поэтому осуществить его непосредственный контакт с СОТР достаточно затруднительно. В данных условиях целесообразным является размещение источника холода вне аппаратуры, а его сопряжение с элементом РЭА посредством специальных теплопроводов.

В связи с этим разработано устройство на базе полупроводниковых сильноточных ТЭБ специальной конструкции, в котором сопряжение элемента РЭА и термоэлектрического источника холода осуществлялось посредством теплопроводов, выполненных их высокотеплопроводного материала (например, меди или алюминия) [64].

Достоинством данной конструкции СОТР является возможность механической развязки объекта охлаждения, ТЭБ и системы теплосброса, а также простота сопряжения с охлаждаемым (нагреваемым) объектом, размещенным в труднодоступных удаленных друг от друга местах, в том числе являющимися составной частью блока с плотной упаковкой элементов, или размещаемыми в герметичном объеме.

Конструкция устройства приведена на рис.4.1, а внешний вид на рис.4.2.

ТЭБ содержит последовательно соединенные в электрическую цепь полупроводниковые ТЭ, каждый из которых образован двумя ветвями (столбиками, выполненными либо цилиндрическими, либо в виде прямоугольного параллелепипеда), изготовленными из полупроводника соответственно р- и п-типа 1 и 2. Ветви 1 и 2 ТЭ расположены вдоль линии, а коммутационные элементы 3 и 4 выполнены в виде гибких электроизолированных друг от друга теплопроводов - медных шин 5 с контактными площадками 6 и 7 на концах, изготовленными из электропроводного материала. Контактные площадки 6 соединены с двух сторон с ветвями полупроводника р- и п-типа 1 и 2, а контактные площадки 7 - с электроизолированными друг от друга контактными площадками 8, выполненными в виде пленок металлов или сплавов, нанесенных на керамические пластины - теплопереходы 9 или в виде медных пластин, напаянных на электроизолированные пленочные контакты керамической пластины, причем все четные коммутационные пластины 4 соединены с одним, а нечетные 3 — другим теплопереходом. Контакты 10 служат для подвода электрической энергии к ТЭБ.

При прохождении по ТЭБ постоянного электрического тока, подаваемого от источника электрической энергии через контакты 10, между коммутационными элементами 3 и 4, представляющими собой контакты ветвей р- и п-типа 1 и 2, возникает разность температур, обусловленная выделением и поглощением теплоты Пельтье в местах соединения ветвь р-типа 1 - контактная площадка 6 - ветвь п-типа 2 и ветвь п-типа 2 — контактная площадка 6 - ветвь р-тнпа 1. При указанной на рис.4.1 полярности электрического тока происходит нагрев коммутационных элементов 3 и охлаждение коммутационных элементов 4. Соответственно имеет место охлаждение верхнего теп-лоперехода 9, контактирующего через электроизолированные площадки с коммутационными элементами 3. Если при этом за счет теплоотвода температура нижнего теплоперехода 9, контактирующего через площадки 8 с коммутационными элементами 3, поддерживается на постоянном уровне, то температура верхнего теплоперехода, находящегося в тепловом контакте с коммутационными элементами 4 через контактные площадки 8, понизится до некоторого определенного значения. При заданном электрическом токе величина снижения температуры на верхнем теплопереходе 9 будет зависеть от тепловой нагрузки на нем. Тепловая нагрузка складывается из теплопри-тока от окружающей среды, тепла от горячих контактов, обусловленного теплопроводностью образующих ТЭБ ветвей, теплоты Джоуля, а также тепла, поступающего от объекта охлаждения.

Предложенное исполнение ТЭБ позволит осуществлять механически гибкое сочленение охлаждаемого объекта (источника теплоты) и системы те-плосброса, а также контакт с охлаждаемым (нагреваемым) объектом, находящимся в труднодоступном месте за счет специальной конструкции коммутационных элементов (протяженности и гибкости), при этом потери тепла на коммутационных элементах будут незначительны.

К другим достоинствам СОТР в данном исполнении следует отнести следующее.

1. В указанных конструкциях в значительной мере устраняются перетоки тепла с горячего теплоперехода на холодный теплопереход по межтермо-элементным пространствам за счет их более плотной упаковки.

2. Исключаются механических напряжений, вызванных тепловым расширением материалов и биметаллическим эффектом и, следовательно, повышается надежность ТЭБ.

3. Коммутирующие пластины вследствие специфики исполнения электрических контактов ТЭБ могут иметь намного меньшую толщину, чем в существующих, следствием чего является уменьшение их электрических сопротивлений и теплоемкостей, что дает возможность достигнуть более низких температур, а также уменьшает длительность выхода термобатареи на рабочий режим.

4. В ТЭБ могут быть использованы ветви различной длины, что дает возможность более точного согласования таких параметров, как оптимальный ток и перепад температур для каждой пары ветвей р- и п- типа, следствием чего является повышение энергетической эффективности термоэлектрической батареи.

5. Уменьшается толщина теплопереходов - слой диэлектрического материала имеет незначительную толщину

6. Улучшаются условия теплосъема с тепловыделяющих контактов ТЭБ, являющиеся следствием малого термического сопротивления коммутационных пластин.

Модификацией данного конструктивного варианта устройства для охлаждения элементов РЭА является прибор [25], схематическое изображение которого приведено на рис.4.3. Здесь цифрой 11 изображена теплоизоляция. В нем ветви 1 и 2 выполнены наклонными в одной из координатных плоскостей. Причем ветви 1 расположены под углом, противоположным углу наклона ветвей 2, а угол наклона между ветвями 3 лежит в пределах — < Э < п .

18

При этом коммутационные пластины 3 и 4 на одних концах имеют скосы под тем же углом и впаяны в пространство, ограниченное концами ветвей р-и п-типов 1 и 2. Поверхность структуры, образованной ветвями ТЭБ покрыта слоем диэлектрического теплоизоляционного материала 11.

Достоинством данной конструкции является увеличение теплоотдачи коммутационных пластин ТЭБ к объекту охлаждения (элементу РЭА).

Охлаждение шпшпи

UHtlUUHiUl

Нагрев

Рис.4.1. Конструкция устройства для охлаждения элементов РЭА, выполненного на базе сильноточных ТЭБ слоистой конструкции, с цельнометаллическими теплопроводами

Рис,4.2. Внешний вид устройства для охлаждения элементов РЭА, выполненного на базе сильноточных ТЭБ слоистой конструкции, с цельнометаллическими теплопроводами

Рис.4.3. Модификация устройства для охлаждения элементов РЭА, выполненного на базе сильноточных ТЭБ слоистой конструкции, с цельнометаллическими теплопроводами

4.2. Устройства для охлаждения элементов радиоэлектронной аппаратуры, выполненные на базе сильноточных термоэлектрических батарей слоистой конструкции, с тепловыми термосифонами

Для повышения эффективности передачи теплоты от источника холода, выполненного в виде слоистой ТЭБ, к элементу РЭА в качестве теплопровода, как это было показано в параграфе 2.4 эффективно использование тепловых сифонов. Основным достоинством теплового термосифона является возможность использования его- для передачи на относительно большое расстояние (до 2-3 м), практически без потерь, тепловой энергии с большими значениями теплового потока. Так например, при* использовании теплового термосифона, рассчитанного в процессе выполнения настоящей работы, плотность теплового потока была немногим менее 1,4-104 Вт/м2, при этом те-плопотери при длине теплопровода не превышали 900 Вт/м" при его длине 42,5 см. Столь исключительные особенности тепловых сифонов открывают широкие возможности использования их в термоэлектрическом приборостроении для интенсификации процессов теплообмена и соответственно улучшения энергетических характеристик СОТР элементов РЭА. Кроме того, использование тепловых сифонов позволяет создавать более рациональные и технологические конструкции электронных охлаждающих приборов в целом.

Работа совместно ТЭБ связана с рядом специфических особенностей, основными из которых являются: работа в области как положительных, так и отрицательных температур; необходимость создания герметичной системы, обеспечивающей длительный срок службы;-выбор оптимального для рабочего интервала температур теплоносителя; влияние концентрации неконденсирующихся газов, находящихся в системе теплового термосифона, на перепад температур в области 0-100 °С и некоторые другие.

В соответствие с указанными требованиями разработана конструкция СОТР на базе сильноточной слоистой ТЭБ, в которой сопряжение ее с элементом РЭА осуществлено посредством тепловых сифонов, изображенная на рис.4.4. СОТР включает в себя ТЭБ, теплопроводы, выполненные в виде тепловых сифонов и систему съема теплоты с горячих коммутационных пластин ТЭ.

ТЭБ также содержит последовательно соединенные в электрическую цепь полупроводниковые ТЭ, каждый из которых образован двумя ветвями, изготовленными из полупроводника соответственно р- и п-типа 1 и 2. Ветви

I и 2 ТЭ расположены вдоль линии, а коммутационные элементы 3 и 4 выполнены в виде полых электроизолированных снаружи гибких трубок 5, заправленных теплоносителем 6, на концах которых вакуумно герметично установлены контактные площадки 7, 8, при необходимости снабжаемые со стороны, находящейся в трубке 5, оребрениями 12. При этом контактные площадки 7 на одном конце коммутационных элементов с двух сторон соединены с ветвями полупроводника р- и п-типа 1 и 2, а контактные площадки 8 на другом конце коммутационных элементов - с электроизолированными друг от друга площадками 9, выполненными в виде пленок металлов или сплавов, нанесенных на керамические пластины - теплопереходы 10 или в виде медных пластин, напаянных на электроизолированные пленочные контакты керамических пластин, причем все четные коммутационные элементы 4 соединены с одним, нечетные 3-е другим теплопереходом 10. Контакты

II служат для подвода электрической энергии к ТЭБ.

СОТР работает следующим образом.

При прохождении по ТЭБ постоянного электрического тока, подаваемого от источника электрической энергии через контакты 11, между соседними контактными площадками 7, представляющими собой контакты ветвей р- и п-типа 1 и 2, возникает разность температур, обусловленная выделением и поглощением теплоты Пельтье. При указанной на рис.4.4 полярности имеет место нагрев нечетных контактных площадок 7 и охлаждение четных.

При повышении температуры нечетных (горячих) контактных площадках 7 с поверхности оребрения 12 происходит интенсивный отвод теплоты за счет испарения или кипения теплоносителя 6. Образующийся пар поднимается в верхнюю часть трубок 5, где через оребрение 12, контактные площадки 8, площадки 9, верхний теплопереход 10 обменивается теплом с окружающей средой, либо с теплообменником (на рис4.4 не показан). Вследствие подобного теплообмена пар конденсируется на поверхности оребрения 12, образовавшийся конденсат стекает вниз и поступает в нагреваемый участок (область трубок 5, находящаяся в непосредственной близости с контактными площадками 7). Отвод теплоты от «горячих» контактных площадок 7, таким образом, осуществляется за счет испарения или кипения теплоносителя 6.

При тепловом контакте нижнего теплоперехода 10 с объектом охлаждения (на рис4.4 не показан) происходит его нагрев, а также нагрев площадок 9 и контактных площадок 8. При повышении температуры контактных площадок 8 и соответственно оребрения 12 за счет теплоотвода от объекта охлаждения происходит испарение или кипение теплоносителя 6 на поверхности контактных площадок 8 или оребрения 12. Образовавшийся пар перемещается в верхнюю часть трубок 5. В верхней части трубок 5 происходит конденсация теплоносителя 6 вследствие теплообмена с оребрением 12 четных («холодных») контактных площадок 7. Далее происходит стекание теплоносителя 6 вниз - в нагреваемую зону (область трубки 5, находящаяся в непосредственной близости от объекта охлаждения). Интенсивный отвод теплоты от объекта охлаждения в данном случае обеспечивается за счет высокого коэффициента теплоотдачи при испарении и конденсации теплоносителя 6.

На рис.4.5 как и в случае цельнометаллического теплопровода изображена модификация СОТР, в которой ветви ТЭ расположены под углом друг к другу, а коммутационные пластины впаяны в пространство, ограниченное концами ветвей р- и п-типов 1 и 2. Коммутационные -пластины 2 и 3 выполнены в форме трехгранной призмы с одним двугранным углом равным 3 и впаиваются в пространство, ограниченное концами ветвей р- 3 и п-типов 4. Причем оставшаяся третья грань коммутационных пластин свободной поверхностью приведена в тепловой контакт с полыми электроизолированными снаружи гибкими трубками 12 и 13, при необходимости имеющими внутреннее оребрение и заправленными теплоносителем. Своими свободными концами гибкие трубки сопрягаются с охлаждаемым и нагреваемым объектами.

Система теплосброса f t t f t t t f t t t t t t t t t t tttttttttttt

Элемент РЭА

Рис.4.4. Конструкция устройства для охлаждения элементов РЭА, выполненного на базе сильноточных ТЭБ слоистой конструкции, с тепловыми сифонами

Рис.4.5. Модификация устройства для охлаждения элементов РЭА, выполненного на базе сильноточных ТЭБ слоистой конструкции, с тепловыми сифонами

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Решена важная научно-прикладная проблема, связанная с обеспечением тепловых режимов функционирования элементов РЭА, являющихся составной частью аппаратуры с плотной упаковкой и находящихся в труднодоступных местах.

Разработан новый тип СОТР радиоэлектронных приборов на базе сильноточных слоистых ТЭБ. Для организации эффективного теплоотвода от элементов РЭА, являющихся составной частью аппаратуры с плотной упаковкой и удаленных от источника холода, использованы специальные теплопроводы, выполненные цельнометаллическими или в виде тепловых сифонов.

Созданы математические модели, описывающие работу СОТР. При построении математической модели СОТР, выполненной на базе сильноточных слоистых ТЭБ, рассмотрена задача, связанная с определением теплового поля слоистого ТЭ, а также в теплопроводах. При этом для учета большего количества факторов, влияющих на работу ТЭУ, исследовано двумерное нестационарное тепловое поле ТЭ, а также поле распределения температур в цельнометаллическом теплопроводе. Для исследования работы ТЭУ при использовании в качества теплопровода теплового термосифона необходимо решена задачу тепломассопереноса при испарении и конденсации теплоносителя, а также при его движении в транспортной зоне теплового термосифона. Для анализа термомеханических характеристик слоистого ТЭ произведен расчет величины механических напряжений и деформаций, возникающих в нем, произведено сравнение расчетных данных для случая классического П-образного ТЭ.

Экспериментальные исследования СОТР с цельнометаллическими теплопроводами подтвердили правомочность разработанных математических моделей. Отклонения между расчетными данными и результатами экспериментов не превышали 9 % на всем диапазоне измерений.

На основе проведенных исследований разработаны ТЭУ для обеспечения тепловых режимов работы РЭА и ее элементов, которые могут найти применение в радиоэлектронике, микроэлектронике, а также других отраслях народного хозяйства.

Ряд методик и рекомендаций по использованию охлаждающих устройств внедрены в производство и нашли практическое применение в учебном процессе.

Совокупность результатов проведенных исследований позволяет использовать их в качестве научной основы в дальнейшем при разработке и создании термоэлектрических устройств для отвода тепла и термостабилизации РЭА. Необходимость продолжения работ в этом направлении подтверждается включением их в государственную научно-техническую программу.

1. Патент 1812648 РФ Способ охлаждения функциональных элементов радиоэлектронной аппаратуры, расположенных на плате / Автухов В.В., Голонов С.Н., Игнатьев Г.Ф., Семенов А.В., Тихонов В.П. // Б.И. № 16,1993.

2. Патент США №5343360. Устройство для содержания и охлаждения ИС // МКИ5 Н 05 К 7/20, 1994.

3. Патент США №5332031. Система охлаждения для твердотельных устройств формирователей сигналов изображения // МКИ5 Н 01 L 23/427,1994.

4. Патент США №5321582. Теплоотвод для электронных компонентов, устанавливаемый с использованием пружинных элементов // МКИ5 Н 05 К 7/20, 1994.

5. Патент США №5343362. Теплоотвод // МКИ5 Н 05 К 7/20, 1994.

6. Патент США №5343359. Устройство для охлаждения дочерних печатных плат // МКИ5 Н 05 К 7/20, 1994.

7. Патент США №5319520. Система воздушного охлаждения РЭА, расположенной в несколько ярусов // МКИ5 Н 05 К 7/20, 1994.

8. Патент РФ 2042294 Радиоэлектронное устройство / Кабов О.А., Капте-линин И.А., Журавлев А.В. // Б.И. №23, 1995.

9. Патент РФ №2043704. Система охлаждения тепловыделяющих блоков / Тахавеев А.И., 1995.

10. Патент РФ №2047952. Охладитель для силового полупроводникового прибора / Антюхин В.М., Лаужа Г.В., Узарс В.Я., Феоктистов В.П., Чау-сов О.Г., 1995.

11. Патент РФ №2110902. Способ охлаждения электрорадиоэлементов / Левкин С.А., Мартынов А.С., 1998.

12. Патент РФ №2133561. Устройство для охлаждения полупроводниковых приборов / Миронов А.В., Вапничный В.И., 1999.

13. Патент DE №2152697. Устройство для отвода тепла и способ его изготовления / Тибертиус Бернд, Каль Хельмут, 2000.

14. Патент РФ №2156012. Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов / Каликанов В.М., Фомин Ю.А., Бартанов А.Б., Пузаков В.И., 2000.

15. Патент РФ №2189666. Многоканальное охлаждаемое фотоприемное устройство / Ларцев И.Ю., Артамонов В.В., 2002.

16. Патент РФ №2193258. Устройство охлаждения полупроводниковых пластин /Абрамов Г.В., Битюков В.К., Коваленко В.Б., Попов Г.В., 2002.

17. Патент РФ №2201014. Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов / Каликанов В.М., Фомин Ю.А., Пузаков В.И., 2003. ,

18. Патент РФ №2229757. Устройство для нагрева и охлаждения радиоэлектронной аппаратуры / Таланин Ю.В., 2004.

19. Патент РФ № 2236098 Устройство для термостабилизации элементов РЭА с высоким уровнем тепловыделений / Исмаилов Т.А., Аминов Г.И., Евдулов О.В., Юсуфов Ш.А. // Б.И. № 25, 2004.

20. Патент РФ №2269184. Термоэлектрическая батарея / Исмаилов Т.А., Вердиев М.Г., Евдулов О.В., Меркухин Н.Е. // Б.И. №3, 2006.

21. Патент РФ №2269183. Термоэлектрическая батарея / Исмаилов Т.А., Вердиев М.Г., Евдулов О.В., Меркухин Н.Е. // Б.И. №3, 2006.

22. Патент РФ №2270495. Способ обеспечения функционирования термоэлектрической батареи / Исмаилов Т.А., Вердиев М.Г., Евдулов О.В. // Б.И. №5, 2006.

23. Патент РФ №2273970. Охладитель силовых электронных модулей / Са-ленко С.Д., Кураев А.А., Зорин В.Б., Колоколкин Ю.Г., Коссов B.C., Киржнер Д.Л., 2006.

24. Патент РФ №2301510. Система охлаждения элементов радиоэлектронной аппаратуры / Глушко В.М., Шубенцев А.В., Цыганюк С.В., 2007.

25. Патент РФ №2335036. Термоэлектрическая батарея // Исмаилов Т.А., Вердиев М.Г., Евдулов О.В., Евдулов Д.В., 2008.

26. Патент РФ №2335103. Устройство для отвода теплоты от элементов радиоэлектронной аппаратуры // Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Махмудова М.М., Исмаилов Р.Т., Евдулов Д.В., 2008.

27. Аксенов А.И., Глушкова Д.Н., Иванов В.И. Отвод тепла в полупроводниковых приборах. М.: Энергия, 1971.

28. Алексеев В.А., Чукин В.Ф., Митрошкина М.В. Математическое моделирование тепловых режимов аппаратуры на ранних этапах ее разработки. М.: Информатика - Машиностроение, изд. «Вираж - Центр», 1998.

29. Алексеев В.А., Чукин В.Ф., Шишанов А.В. Прогнозирование теплового режима бортовой радиоэлектронной аппаратуры // Сетевой Электронный научный журнал «СИСТЕМОТЕХНИКА». 2004. №2.

30. Анатычук А.И., Семенюк В.А. Оптимальное управление свойствами термоэлектрических материалов и приборов, Черновцы: Прут, 1992.

31. Анатычук JI. И., Булат JI. П. Полупроводники в экстремальных температурных условиях. Санкт-Петербург: Наука, 2001.

32. Анатычук Л.И. Термоэлектричество. Т. 2. Термоэлектрические преобразователи энергии. Киев, Черновцы: Институт термоэлектричества, 2003.

33. Анатычук Л.И. Элементная база термоэлектричества // Доклады IX Межгосударственного семинара «Термоэлектрики и их применение», Санкт-Петербург, 2004.

34. Барыбин А.А., Сидоров В.Г. Физико-технологические основы электроники Санкт-Петербург: Издательство «Лань»,2001.

35. Берденников А. А., Котляров В. В., Шраер А. И. Регулирование теплообмена в системах охлаждения вспомогательного оборудования и радиоэлектронной аппаратуры // Системы управления и обработки информации: Науч.-техн. сб. ФГУПНПО АВРОРА. СПб, 2003. Вып. 6.

36. Брусницын П.С., Кораблев В.А. Шарков А.В. Применение термоэлектрических элементов в системах охлаждения // Изв. Вузов. Приборостроение, 2000.

37. Булат Л.П. Термоэлектрическое охлаждение: состояние и перспективы // Холодильная техника. 1999., №5.

38. Булат Л.П., Ведерников М.В., Вялов и др. Термоэлектрическое охлаждение / Под ред. Булата Л.П. СПб. СПбГУНи ПТ, 2002.

39. Булат Л.П., Ерофеева И.А., Возисов А.В. К расчету эффективности термоэлектрических преобразователей энергии // Доклады X Межгосударственного семинара «Термоэлектрики и их применение», Санкт-Петербург, 2006.

40. Вайнер А.Л. Расчет термоэлектрического охладителя с максимальной холодопроизводительностью // Тепловые режимы и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры, 1994., №1-2.

41. Вайнер А.Л., Коломоец Н.В. Проектирование и испытание каскадных термобатарей // Тепловые режимы и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры, 1994, №1-2.

42. Гершберг И.А., Тахистов Ф.Ю. Определение условий эффективного применения термоэлектрических модулей для охлаждения тепловыделяющих объектов. Доклады X Межгосударственного семинара «Термоэлектрики и их применение», Санкт-Петербург, 2006.

43. Голощапов В.Н., Курская Н.М., Мацевитый Ю.М., Цаканян О.С. Интенсификация теплообмена в платах микросборок РЭА // Тепловые режимы и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры, 1993, №2.

44. Драбкин И.А. Использование термоэлектрического охлаждения для электронных чипов // Доклады IX Межгосударственного семинара «Термоэлектрики и их применение», Санкт-Петербург, 2004.

45. Драбкин И.А., Ершова Л.Б. Сравнение различных подходов к оптимизации однокаскадных термоэлектрических модулей // Доклады X Межгосударственного семинара «Термоэлектрики и их применение», Санкт-Петербург, 2006.

46. Дробкин И.А. Переходные процессы в охлаждающих термоэлектрических модулях и устройствах. // Доклады VIII межгосударственного семинара «Термоэлектрики и их применение», 2002.

47. Дударев Ю.И. О влиянии коммутации на характеристики термоэлементов // Доклады IX Межгосударственного семинара «Термоэлектрики и их применение», Санкт-Петербург, 2004.

48. Дульнев Г.И. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Высшая школа, 1984.

49. Дульнев Г.Н., Парфенов В.Г., Сигалов А.В. Методы расчета теплового режима приборов. М.: Радио и связь, 1990.

50. Дульнев Г.Н., Парфенов В.Г., Сигалов А.В. Применение ЭВМ для решения задач теплообмена в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Высш. шк., 1990.

51. Дульнев Г.Н., Тарновский Н.Н. Тепловые режимы электронной аппаратуры. JL: Энергия, 1971.

52. Евдулов О.В. Охлаждение и термостабилизация электронной аппаратуры на основе термоэлектрических модулей // Известия вузов. Приборостроение, 2000, т. 43, №5.

53. Исакеев А.И., Киселев И.Г., Филатов В.В. Эффективные способы охлаждения силовых полупроводниковых приборов. JL: Энергоиздат, 1982.

54. Исмаилов Т.А. Термоэлектрические полупроводниковые устройства и интенсификаторы теплопередачи. СПб.: Политехника, 2005.

55. Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Юсуфов Ш.А., Аминов Г.И., Термостаби-лизирующие устройства для радиоэлектронной аппаратуры // Вестник Международной академии холода, № 3, 2002.

56. Исмаилов Т.А., Магомедов К.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М. Повышение эффективности термоэлектрических интенсификаторов охлаждения радиоэлектронной аппаратуры // Известия Вузов. Приборостроение, 1997, №9.

57. Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Евдулов Д.В. Расчет теплового поля и поля термомеханических напряжений сильноточного термоэлемента слоистой конструкции // Вестник Международной академии холода. 2008. -№4. - С.12-15.

58. Кальнин И.М., Фадеков К.Н. Оценка эффективности термодинамики циклов парокомпрессионных холодильных машин и тепловых насосов // Холодильная техника, №3, 2006.

59. Краус А.Д. Охлаждение электронного оборудования. М.: Энергия, 1971.

60. Л.И.Анатычук. О физических моделях термоэлементов // Термоэлектричество, №1, 2003.

61. Лукишкер Э.М., Вайнер А.Л., Сомкин М.Н., Володагин В.Юг Термоэлектрические охладители. М.: Радио и связь, 1986.

62. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967.

63. Марков О.И., Мыдников О.А. Численное моделирование термоэлемента // Доклады VIII межгосударственного семинара «Термоэлектрики и их применение», 2002.

64. Мотовиловец И.А., Киричек И.Ф., Новикова A.M., Володагин В.Ю., Ги-далевич Л.Б. Расчет термомеханического напряжения в трубчатых термоэлектрических охлаждающих устройствах // Вопросы радиоэлектроники. Серия ТРТО, 1984.

65. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1991.

66. Павлов Б.Н., Петров Е.Е. Численная реализация фронтовой модели промерзания водонасыщенных сред с учетом зависимости температуры фазового перехода от давления и концентрации // Инженерно-физический журнал. 1999. т. 72, №1.

67. Парахин А.С., Налетов B.JI. Расчет и исследование термоэлектрических охладителей. Курган: КГУ, 2001.

68. Пехович А.И., Жидких В.М. Расчеты теплового режима твердых тел. Д.: Энергия, 1976.

69. Пилипенко Н. В., Гладских Д. А. Решение прямых и обратных задач теплопроводности на основе дифференциально — разностных моделей // Изв. вузов. Приборостроение, т. 50, № 3, 2007.

70. Поздняков Б.С., Коктейлев Е.А. Термоэлектрическая энергетика. М.: Атомиздат, 1974.

71. Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика / От тепловых двигателей до диссипативных структур. // Пер с англ. Данилова Ю.А. и Белого В.В. М.: Мир. 2002.

72. Роткоп Л.Д., Спокойный Ю.Е. Обеспечение тепловых режимов при конструировании радиоэлектронной аппаратуры. М.: Сов. радио, 1976.

73. Семенюк В.А. Термоэлектрическое охлаждение: проблемы и перспективы // Вестник МАХ, 1999.

74. Соколов А.К. Температурное поле двухслойного цилиндра с объемными источниками теплоты и подвижными границами //Инженерно-физический журнал. 1999. том 72, №1.

75. Сушко В. Ю., Кораблев В. А., Шарков А. В. Метод выбора параметров многослойной защиты электронного устройства от мощного теплового воздействия //Изв. вузов. Приборостроение. 2006. т. 49, № 3.

76. Тахистов Ф. Ю. Методика расчета термоэлектрического термостата с неизотермической камерой // Изв. вузов. Приборостроение. 2007. т. 50, № 1.

77. Тереков А. Я. Исследование термических напряжений в защитном чехле термобатареи // Доклады IX Межгосударственного семинара «Термоэлектрики и их применение», Санкт-Петербург, 2004.

78. Туник А.Т. Охлаждение радиоэлектронной аппаратуры жидкими диэлектриками. М.: Сов. радио, 1973.

79. Тюков Н.И., Акимов И.А., Акимов А.И. Методология проектирования и автоматизации теплофизических процессов // Уфа: Редакционно-издательский центр Башгосуниверситета, 2001.

80. Цветков О.Б., Лаптев Ю.А. Глобальные проблемы холодильной техники // Вестник международной академии холода. 2007, №1.

81. Шарков А.В., Тахистов Ф.Ю., Кораблев В.А. Прикладная физика. Термоэлектрические модули и устройства на их основе. Учебное пособие // Под ред. проф. А. В. Шаркова. СПб: СПбГИТМО (ТУ), 2003.

82. Ши Д. Численные методы в задачах теплообмена. Пер. с англ. М.: Мир, 1988.

83. Ярышев Н. А. Регуляризация температурных полей в экстремальных условиях теплообмена // Изв. вузов. Приборостроение. 2006. Т. 49, № 12.

84. Blank Irene. Cooling devices including fans, blowers, heat sinks and air conditioners // Electron. Compon. News, 1994, №8.

85. Chen Y.-M., Wu S.-C., Chu C.-I. Thermol Performance of sintereb miniature heart pipers // heat and Mass Transfer. 2001.

86. Edry I., Dashevsky Z., Drabkin I., Darel M.P. Calculation of Temperature Profile and Power Performance of Thermoelectric Energy Materials. Proceedings of 2nd European Conference on Thermoelectrics. Poland, Krakow, 2000.

87. Enclosure cooling units // Electron. Compon. News, 1995, №8.

88. Grommol B. Micro cooling sistems for high density packaging // IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies. 2000. Vol.23, №1.

89. Olachea Gil. Managing heat: A focus on power 1С packaging // Electron. Packag. and Prod, 1994, №11.

90. Poulton Ken, Knudsen Knud L, Corcoran John J., Wang Keh-Chung, Pierson Richard L., Nubling Randall В., Chang Man-Chung. Thermal design and simulation of bipolar integrated circuits // IEEE J. Solid State Circuits, 1992, №10.

91. Rujano J.R., Cardenas R., Rahmad M.M., Moreno W.A. Development of a termal management solution for a ruggedized Pentium based notebook computer // InterSociety Conference on Termal Phenomena. 1998.

92. Snarskii A.A., Bulat L.P. Anisotropic Thermoelements. Thermoelectric Handbook, Macro to Nano. Ed. by D.M.Rowe, CRC, 2006.

93. Sridhar S., Bhadath Shrikar, Joshi Y. Reviewing today is cooling techniques: The established methods of heat removal are most effective when coupied with the use analysis tools // Electron. Packag. and Prod., 1994, №5.

94. Surface mount heat sink // Electron. Packad. and Prod., 1994, №12.

95. Tardiff David W., Dore-North Lyne. Thermal modeling speeds up design // Electron. Packag. and Prod., 1994, №9.

96. Toth J., DeHoff R. and Grubb K. Heat pipes: The silent way to manage desktop thermal problems // InterSociety Conference on Termal Phenomena. 1998.

97. Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дагестанский государственный технический университет»

98. СОГЛАСОВАНО Проректор по научной работе (щ/^ О-В. Евдулов « -)U>-> j 2200 $ г.

99. УДВЕ^ЖДАЮ Жорекгор-начадвщж УМУ1. Й^я-,; '"с,"".''1. ЮА.Гасанов ,200$ г.внедрения результатов НИР в учебный процесс

100. Совета радиотехнического факультета (протокол № 3 от 13.11.2008 г. заседания кафедры ТиОЭ и протокол № 3 от 21.11.2008г. заседания Совета радиотехнического факультета").

101. Термоэлектрическая система' охлаждения элементов РЭА включена также в качестве наглядного пособия для проведения практических и лабораторных занятий по дисциплине «Конструирование и технология производства». '

102. Зам. заведующего кафедрой ТиОЭ,к.ф.-м.н., доцент Гаджиева С.М.1. Декан РТФ, к.т.н., доцент1. Юсуфов Ш.А.

103. УТВЕРЖДАЮ» Проректор- iiQ. научной работе1. УТВЕРЖДЛЮ»