vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2019-46-1-42-52vdgtu-642Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ, МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER, METALLURGICAL AND CHEMICAL MECHANICAL ENGINEERINGРАСЧЕТНАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫCALCULATION MODEL OF THE SYSTEM OF THERMAL STABILIZATION OF THE ELEMENTS OF RADIO ELECTRONIC EQUIPMENTИсмаиловТ. А.IsmailovT. A.

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой теоретической и общей электротехники, заслуженный деятель науки РФ, президент ДГТУ.

Dr. Sci. (Technical), Prof., Department of Theoretical and General electrical engineering, Honored Worker of Science of the Russian Federation, President DSTU.

dstu@dstu.ruИбрагимоваА. М.IbragimovaA. M.

соискатель кафедры теоретической и общей электротехники.

367026, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля,70.

Applicant, Department of Theoretical and General Electrical Engineering.

70 I. Shamil Ave., Makhachkala 367026.

ibrasya@mail.ruДагестанский государственный технический университетРоссияDaghestan State Technical UniversityRussian Federation2019140720194614252Copyright © Исмаилов Т.А., Ибрагимова А.М., 20192019Исмаилов Т.А., Ибрагимова А.М.Ismailov T.A., Ibragimova A.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/642Цель

Цель. Целью исследования является разработка расчетной модели системы термостабилизации элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), основанной на совместном использовании рабочих веществ со стабильной температурой плавления и жидкостного метода теплоотвода, исследование теплофизических процессов происходящих при ее работе.

Метод

Метод. Создана расчетная модель системы термостабилизации РЭА, основанной на использовании рабочих веществ со стабильной температурой плавления. Модель включает в себя описание процессов теплообмена при ламинарном движении жидкости в теплообменнике, определение продолжительности стабильной работы элементов РЭА в зависимости от скорости потока, холодопроизводительности термоэлектрической батареи (ТЭБ).

Результат

Результат. Получены графики зависимости, отражающие основные характеристики разработанной системы, в частности, зависимости изменения продолжительности поддержания стабильной температуры элемента РЭА от его мощности, температуры холодных спаев ТЭБ, рассеяние при различных максимальных скоростях течения жидкости в теплообменнике.

Выводы

Выводы. Результаты расчетов определяют, что длительность полного проплавления рабочего вещества, соответствующая длительности стабильной работы элементов РЭА, может находиться в необходимых пределах только при выполнении определенных вполне конкретных условий: использовании в термостабилизирующей системе достаточного количества рабочего вещества, соответствующей температуры и скорости протекания жидкости в теплообменнике. Данные параметры системы термостабилизации необходимо подбирать исходя из количества тепла, выделяемого в единицу времени элементом РЭА, длительности его работы, а также характеристик ТЭБ, используемой для охлаждения жидкости.

Objectives

Objectives. The aim of the study is to develop a computational model of the system of thermal stabilization of elements of electronic equipment (REA), based on the joint use of working substances with a stable melting point and the liquid method of heat sink, the study of the thermophysical processes occurring during its operation.

Method

Method. A computational model of the REA thermostabilization system based on the use of working substances with a stable melting point has been created. The model includes a description of the heat exchange processes during laminar fluid motion in a heat exchanger, determining the duration of stable operation of the REA elements, depending on the flow rate and cooling capacity of a thermoelectric battery (TEB).

Result

Result. The graphs of dependences reflecting the main characteristics of the developed system were obtained, in particular, the dependence of the change in the duration of maintaining the stable temperature of the REA element on its power, the temperature of the cold junctions of the thermopile, scattering at different maximum flow rates of the heat exchanger.

Conclusions

Conclusions. The results of the calculations determine that the duration of complete penetration of the working substance, corresponding to the duration of stable operation of CEA elements, can be within the required limits only if certain very specific conditions are met: using a sufficient amount of the working substance in the heat stabilizing system, corresponding to the temperature and flow rate of the liquid in the heat exchanger. These parameters of the thermal stabilization system must be selected based on the amount of heat emitted per unit of time by the REA element, the duration of its operation, and the characteristics of the thermopile used to cool the fluid.

элемент РЭАтермостабилизирующая системаТЭБмодельжидкостной теплообменникплавящееся веществорасчеттеплообментемператураREA elementheat stabilizing systemTEBmodelliquid heat exchangermelting substancecalculationheat transfertemperatureReferencesАлексеев В.А. Основы проектирования тепловых аккумуляторов космических аппаратов. - Курск: Науком, 2016. - 248 с.Alekseyev V.A. Osnovy proyektirovaniya teplovykh akkumulyatorov kosmicheskikh apparatov. - Kursk: Naukom, 2016. - 248 s. [Alekseev V.A. Basics of designing spacecraft thermal accumulators. - Kursk: Science, 2016. - 248 p. (In Russ.)]Андреев П.Г., Наумова. И.Ю Защита радиоэлектронных средств от внешних воздействий. - Пенза: ПГУ, 2012. - 128 с.Andreyev P.G., Naumova. I.YU Zashchita radioelektronnykh sredstv ot vneshnikh vozdeystviy. - Penza: PGU, 2012. - 128 s. [Andreev PG, Naumov. I.Yu. Protection of radio-electronic means from external influences. - Penza: PGU, 2012. - 128 p. (In Russ.)]Камышная Э. Н., Маркелов В. В., Соловьев В. А. Конструкторско-технологические расчеты электронной аппаратуры. - М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. - 22 с.Kamyshnaya E. N., Markelov V. V., Solov'yev V. A. Konstruktorsko-tekhnologicheskiye raschety elektronnoy apparatury. - M.: MGTU im. N. E. Baumana, 2014. - 22 s. [Kamyshnaya E.N., Markelov V.V., Soloviev V.A. Design and technological calculations of electronic equipment. - M .: MSTU. N.E. Bauman, 2014. - 22 p. (In Russ.)]Кудрявцев Н.С. Основы проектирования эффективных систем терморегулирования космических аппаратов. - М.: МАИ, 2012. - 226 с.Kudryavtsev N.S. Osnovy proyektirovaniya effektivnykh sistem termoregulirovaniya kosmicheskikh apparatov. - M.: MAI, 2012. - 226 s. [Kudryavtsev N.S. Fundamentals of designing effective spacecraft thermal control systems. - M .: MAI, 2012. - 226 p. (In Russ.)]Кузнецов Г.В., Шеремет М.А. О возможности регулирования тепловых режимов типичного элемента радиоэлектронной аппаратуры или электронной техники с локальным источником тепла за счет естественной конвекции // Микроэлектроника. - 2010. - Т.39, №6. - С. 452-467.Kuznetsov G.V., Sheremet M.A. O vozmozhnosti regulirovaniya teplovykh rezhimov tipichnogo elementa radioelektronnoy apparatury ili elektronnoy tekhniki s lokal'nym istochnikom tepla za schet yeste-stvennoy konvektsii // Mikroelektronika. - 2010. - T.39, №6. - S. 452-467. [Kuznetsov G.V., Sheremet M.A. On the possibility of regulating the thermal conditions of a typical element of electronic equipment or electronic equipment with a local heat source due to natural convection // Microelectronics. - 2010. - T.39, №6. - p. 452-467. (In Russ.)]Улитенко А.И., Прадед В.В., Пушкин В.А. Компактная система охлаждения мощных газовых лазеров // Холодильная техника. - 2003. - № 10. - С. 21-24.Ulitenko A.I., Praded V.V., Pushkin V.A. Kompaktnaya sistema okhlazhdeniya moshchnykh gazovykh lazerov // Kholodil'naya tekhnika. 2003. № 10. S. 21-24. [Ulitenko A.I., Great-grandfather V.V., Pushkin V.A. Compact cooling system of high-power gas lasers // Refrigeration. 2003. № 10. p. 21-24. (In Russ.)]Hamouche A., Bessaih R. Mixed convection air cooling of protruding heat sourse mounted in horizontal channels // International communication in heat and mass transfer. - 2009. - v.36. - P. 44-51.Hamouche A., Bessaih R. - 2009. - v.36. - P. 44-51.Дульнев Г.И. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Высшая школа, 1984. 247 с.Dul'nev G.I. Teplo- i massoobmen v radioelektronnoy apparature. M.: Vysshaya shkola, 1984. - 247 s. [Dulnev G.I. Heat and mass transfer in electronic equipment. M .: Higher School, 1984. - 247 p. (In Russ.)]Патент РФ на изобретение №2180161 Устройство для термостабилизации элементов радиоэлектронной аппаратуры с высокими тепловыделениями // О.В. Евдулов, Т.А. Исмаилов, Ш.А. Юсуфов, Г.И. Аминов (РФ), опубл. 27.02.2002, Бюл. №6.Patent RF na izobreteniye №2180161 Ustroystvo dlya termostabilizatsii elementov radioelektronnoy apparatury s vysokimi teplovydeleniyami // O.V. Yevdulov, T.A. Ismailov, SH.A. Yusufov, G.I. Aminov (RF), opubl. 27.02.2002, Byul. №6. [RF patent for invention №2180161 Device for thermal stabilization of elements of electronic equipment with high heat release //O.V. Evdulov, T.A. Ismailov, Sh.A. Yusufov, G.I. Aminov (RF), publ. 27.02.2002, Byul. №6. (In Russ.)]Исмаилов Т.А., Евдулов Д.В., Евдулов О.В. Системы отвода теплоты от элементов РЭА на базе плавящихся тепловых аккумуляторов // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2015. №1 (36). С. 38-44.Ismailov T.A., Yevdulov D.V., Yevdulov O.V. Sistemy otvoda teploty ot elementov REA na baze plavyashchikhsya teplovykh akkumulyatorov // Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskiye nauki. 2015. №1 (36). S. 38-44. [Ismailov T.A., Evdulov D.V., Evdulov O.V. Heat removal systems from electronic components on the basis of melting heat accumulators // Herald of Dagestan State Technical University. Technical science. 2015. №1 (36). Pp. 38-44. (In Russ.)]Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Махмудова М.М., Евдулов Д.В. Исследование системы охлаждения элементов радиоэлектронной аппаратуры, работающих в режиме повторно-кратковременных тепловыделений // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2008. №5. С. 52-59.Ismailov T.A., Yevdulov O.V., Makhmudova M.M., Yevdulov D.V. Issledovaniye sistemy okhlazhdeniya elementov radioelektronnoy apparatury, rabotayushchikh v rezhime povtorno-kratkovremennykh teplovydeleniy // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy Rossii. Radioelektronika. 2008. №5. S. 52-59. [Ismailov T.A., Evdulov O.V., Makhmudova M.M., Evdulov D.V. Investigation of the cooling system of elements of electronic equipment operating in the mode of intermittent heat generation // News of higher educational institutions of Russia. Radio electronics. 2008. №5. pp. 52-59. (In Russ.)]Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Евдулов Д.В. Результаты теоретических исследований системы охлаждения элементов РЭА, работающих в режиме повторно-кратковременных тепловыделений // Термоэлектричество. 2015. № 6. С. 74-87.Ismailov T.A., Evdulov O.V., Evdulov D.V. Results of theoretical studies of the cooling system of electronic equipment elements operating in the mode of intermittent heat generation //Thermoelectric. 2015. № 6. pp. 74-87.Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Аминов Г.И., Юсуфов Ш.А. Приближенный расчет системы термостабилизации проточного типа для элементов радиоэлектронной аппаратуры, основанной на применении рабочих веществ со стабильной температурой плавления // Известия вузов России. Радиоэлектроника. – СПб, 2003. - №1. - С. 65-71.Ismailov T.A., Yevdulov O.V., Aminov G.I., Yusufov SH.A. Priblizhennyy raschet sistemy termostabilizatsii protochnogo tipa dlya elementov radioelektronnoy apparatury, osnovannoy na primenenii ra-bochikh veshchestv so stabil'noy temperaturoy plavleniya // Izvestiya vuzov Rossii. Radioelektronika. – SPb, 2003. - №1. - S. 65-71. [Ismailov T.A., Evdulov O.V., Aminov G.I., Yusufov Sh.A. Approximate calculation of a flow-type thermostabilization system for elements of electronic equipment based on the use of working substances with a stable melting point // Izvestiya Vuzov Rossii. Radio electronics. - SPb, 2003. №1. pp. 65-71. (In Russ.)]Дульнев Г.Н. Теория тепло- и массообмена. - СПб.: СПбНИУИТМО, 2012. - 195 с.. Dul'nev G.N. Teoriya teplo- i massoobmena. - SPb.: SPbNIUITMO, 2012. - 195 s. [Dulnev G.N. Theory of heat and mass transfer. - SPb .: SPbNIUITMO, 2012. 195 p. (In Russ.)]Bergman T.L., Lavine A.S., Incropera F.P. Dewitt D.P. Fundamentals of heat and mass transfer. New York: John Wiley & Sons, 2011. - 304 p.Bergman T.L., Lavine A.S., Incropera F.P. Dewitt D.P. Fundamentals of heat and mass transfer. New York: JohnКондратьев Г.М., Дульнев Г.Н., Платунов Е.С., Ярышев Н.А. Теплообмен в приборостроении. - СПб.: ГУИТМО, 2004. - 560 с.Kondrat'yev G.M., Dul'nev G.N., Platunov Ye.S., Yaryshev N.A. Teploobmen v priborostroyenii. - SPb.: GUITMO, 2004. - 560 s. [Kondratyev G.M., Dulnev G.N., Platunov E.S., Yaryshev N.A. Heat transfer in instrument making. - SPb .: GUITMO, 2004. - 560 p. (In Russ.)]Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел. - М.: Высшая школа, 2001. - 550 с.Kartashov E.M. Analiticheskiye metody v teorii teploprovodnosti tverdykh tel. - M.: Vysshaya shkola, 2001. - 550 s. [Kartashov E.M. Analytical methods in the theory of thermal conductivity of solids. - M .: Higher School, 2001. - 550 p. (In Russ.)]K. Nagase, A. Yamamoto Development of durability testing for thermoelectric power generation module // Journal of Kinzoku materials science and technology. - 2016.- №3. - P. 32-38.K. Nagase, A. Yamamoto. Development of durability testing for thermoelectric power generation module // Journal of Kinzoku materials science and technology. 2016. №3.pp. 32-38.Lobunets Y.M. Criteria for performance evaluation of thermoelectric energy converter // Journal of thermoelectricity. - 2014. - P.41-47.Lobunets Y.M. Criteria for performance evaluation of thermoelectric energy converter // Journal of thermoelectricity. 2014. pp.41-47.Rowe D.M. Thermoelectrics and its energy harvesting, materials, preparation and characterization. BocaRaton: CRC Press. - 2012. - 264 p.Rowe D.M. Thermoelectrics and its energy harvesting, materials, preparation and characterization. BocaRaton: CRC Press. 2012. 264 p.Ssennoga Twaha, Jie Zhu, Yuying An, Bo Li A comprehensive review of thermoelectric technology: Materials, applications, modeling and performance improvement // Renewable and sustainable energy reviews. - 2016. - №65. - P. 26-32.Ssennoga Twaha, Jie Zhu, Yu Li An Bo Review of the Thermoelectric Technology: Renewable and sustainable energy reviews. 2016. - №65. pp.26-32.Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства. Справочник. - Киев: Наукова Думка, 1979. - 385 с.Anatychuk L.I. Thermocouples and thermoelectric devices. Directory. Kiev: Naukova Dumka, 1979. 385 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.