Системи забезпечення теплових режимів як складова частина інформаційних систем

Анотація

Розглянуто передумови створення системи забезпечення теплових режимів електронної апаратури як необхідної складової частини сучасних інформаційних систем, особливо бортових. Виділення джоулево тепла є природним супроводом процесу переробки інформації напівпровідниковими елементами. За умови перевищення температури ядра вище допустимої система стає недієздатною і примусове відведення тепла є обов'язковою функцією інформаційної системи. Побудова математичної моделі системи обробки інформації, яке включає структурну і параметричну ідентифікацію, спрямовану на підвищення показників надійності і динаміки, є актуальним завданням. Показано, що первинними умовами побудови математичної моделі є інформація про характер розподілу теплового потоку в ядрі, найважливішим параметром якої є середня температура теплового ядра системи. Вона визначає той мінімум теплової енергії, яку потрібно відібрати для того, щоб система могла досягти номінальних теплових режимів апаратури. Моделі нагрітої зони в найпростішому випадку розглядаються як ізотермічні із середньою температурою, що прийнятно тільки для виробів з однорідною структурою. При нестаціонарних процесах утворюються анізотропні нагріті зони, які описуються відповідними неоднорідними рівняннями в часткових похідних, рішення яких представляє значні складності. При заданих обмеженнях на параметри алгоритм синтезу електронної апаратури за допустимою температурою може бути отриманий на основі вирішення зворотної задачі теплопровідності. Сучасний математичний апарат не дозволяє отримати аналітичне рішення інтегрального рівняння зворотної задачі теплопровідності при довільному законі зміни допустимої температури по об'єму електронного блоку. Показано, що одним із можливих варіантів вирішення задачі зниження нерівномірності тепловиділення в контрольованому обсязі є забезпечення теплонавантажених елементів стоками відповідної площі, які розсіюють тепло, наближаючи їх поверхневу температуру до середньооб'ємної. Однак, введення стоків впливає на збільшення масових і габаритних характеристик радіоелектронних систем, що особливо критично для бортової апаратури. Вимоги до показників надійності бортової апаратури постійно зростають одночасно з підвищенням питомої щільності виділення тепла елементами системи і зменшенням масогабаритних параметрів, що знаходиться у взаємній суперечності і становить наукову та прикладну проблему. На підставі наведеного аналізу показано: середньооб'ємна температура може служити опорним базисом для систем забезпечення теплових режимів з досить рівномірним розташуванням джерел і низькою просторовою анізотропією теплопровідності; для систем з теплонавантаженими елементами, що різко відрізняються від фонового температурного поля, та обмеженнями за масогабаритними характеристиками проаналізовані підходи є неприйнятними