Естественное и принудительное воздушное охлаждение
Эти способы охлаждения наиболее просты и доступны, так как все элементы микро-ЭВМ находятся в объеме, заполненном воздухом или инертным газом.
Теплота от нагретых корпусов микросхем передается окружающей атмосфере за счет естественной конвекции. Эффективность естественного воздушного охлаждения тем больше, чем больше разность температур между корпусом и окружающей средой и чем больше площадь поверхности корпуса.
Большое значение также имеет плотность окружающей среды, при уменьшении которой отвод теплоты от поверхности корпуса уменьшается.
Принцип охлаждения естественной конвекцией основан на том, что слои воздуха (или другой среды), нагреваясь от выделяющего теплоту корпуса и обладая вследствие этого меньшей плотностью и большей кинетической энергией, перемещаются вверх и замещаются более холодными слоями. Чем больше объем замещаемого воздуха, тем лучше теплообмен. Эффективность теплообмена естественной конвекцией зависит от места расположения элементов в объеме машин. Так, при вертикальном расположении ячеек с микросхемами воздушному потоку ничего не препятствует и теплые слои воздуха быстро заменяются холодными. При горизонтальном расположении плат ячеек смена слоев воздуха затруднена, вследствие чего нагрев элементов происходит в большей степени. В худшем положении находятся элементы в верхней части корпуса машины, так как здесь замещения теплых слоев холодными практически не происходит и их охлаждение осуществляется только за счет теплоотдачи через холодную крышку.
Качество естественного воздушного охлаждения зависит от мощности выделяемой аппаратурой во время работы в виде теплоты, формы и габаритных размеров корпуса и площади его поверхности.
Улучшение охлаждения можно получить искусственным увеличением площади поверхности корпуса, например введением специальных ребер — радиаторов.
Существенное улучшение теплового режима достигается введением специальных вентиляционных отверстий в дне и крышке корпуса машины. В этом случае в машину извне поступают холодные слои воздуха, которые вытесняют теплые слои через отверстия в крышке.
При необходимости такие отверстия следует предусматривать и в боковых стенках корпуса машины, оформляя их в виде жалюзи. Эффективность использования жалюзи и вентиляционных отверстий падает с уменьшением давления окружающего воздуха, т. е. с увеличением высоты над уровнем моря. Так, если на уровне моря уменьшение перегрева за счет применения жалюзей оценивается в 33%, то на высоте 6 км над уровнем моря оно уменьшается до 15%, на высоте 12 км—до 6%, на высоте свыше 12 км жалюзи не уменьшают перегрев.
При принудительном
воздушном охлаждении теплоотвод от внутренних полостей корпуса ЭВМ осуществляется движущимися потоками воздуха, объем и скорость движения которых определяются специальными устройствами, как правило, вентиляторами. При этом охлаждаются элементы, выделяющие теплоту, и промежуточные теплоносители, например вода, используемая для охлаждения особо теплонагружергных узлов.
Чем ниже температура охлаждающего воздуха и выше скорость его движения, тем эффективнее принудительное воздушное охлаждение.
