Степаньянц лекции ч4 (Термические процессы в электронике)

Турбулентный режим.L > 50 d экв0,4Nu ж = 0, 023Re 0,8ж ⋅ Prж ;t ж = t ж .ср . ;ЕслиОпределяющий размер –L > 50 d экв , рассчитанное значение α умножается на εL.L/dэквRe = 1 ⋅10Re = 1 ⋅105Re = 1 ⋅1064εLPr =d экв ;νжa11,6521,551,34101,23151,17201,13301,07401,03>501,01,281,221,151,101,081,061,031,021,01,141,111,081,051,041,031,021,011,0, где a – коэффициент температуропроводности.5) Рассчитываем реальную мощность (поток), отводимую водойQохл = α (tст − t ж .ср . ) ⋅ Fох ⋅ K ;Fох = Π ⋅ L;K = 0,5 – при одностороннем охлаждении.К = 1 – при двухстороннем охлаждении.6) Сравниваем Qпот и Qохл.Если Qохл < Qпот, то увеличиваем Wж и проводим новые расчеты.7) Расчет потери напора в канале и количества секций охлаждения.∆p – перепад давления по длине канала.Vох2Δp ≈ 7 1,3 [ Па ] .d эквОн сравнивается с максимальным давлением в городской водопроводной сети:Pмах = (2..3) ⋅105 Па.Если ∆p > Pmax, то канал охлаждения следует разбить на nохл параллельных каналов:nохл =3ΔpPmaxЗатем уточнить расчет для каждой секции.Теплофизические параметры воды.t, ˚C1020304050λ, Вт/(м2·˚C)0,5790,5980,6130,6270,640ν, м2/с1,30 · 10-61,00 · 10-68,05 · 10-76,59 · 10-75,66 · 10-7a, м2/с-71,38 · 101,43 · 10-71,47 · 10-71,51 · 10-71,55 · 10-7Pr9,437,025,474,353,59Д.

Материалы футеровки ЭНУ.В конструкции футеровок ЭНУ используются материалы, способные работать при высокихтемпературах и обладающие рядом специфических свойств. К таким материалам относятсяогнеупорные и теплоизоляционные материалы.Огнеупорные материалы используются для формирования рабочего пространства печи – еёкамеры, они составляют внутреннюю часть футеровки.К ним предъявляют следующие требования:1) огнеупорность – способность без деформации и оплавлений выдерживать высокиетемпературы (t ≥ 1580 ˚C).2) механическая прочность при высокой температуре, так как этот слой долженвыдерживать массу нагревателей, изделий и т.д.3) термическая устойчивость – способность не разрушаться при резких колебанияхтемпературы.4) химическая нейтральность – для предотвращения загрязнения технологической среды иизделий из-за химической эрозии огнеупорного материала.5) малая теплопроводность – для уменьшения тепловых потерь при малой толщине стенокλогн ≈ 0, 9...2Втм⋅К.6) малая электропроводность – так как огнеупорный слой является разделителем длятоковедущих элементов, на котором крепятся нагреватели.Огнеупорные материалы обычно производятся на базе дешёвого и недефицитного сырья,содержащего в качестве основных компонентов: глинозём (Al2O3), кремнезём (SiO2), оксидмагния (MgO).Для печей сопротивления ( t п ≈ 1200°С ) основным огнеупорным материалом являетсяшамот (35-40% Al2O3, остальное – SiO2 c небольшими примесями) – глубокообожжённаяогнеупорная глина.Высокотемпературные печи футеруют изнутри высокоглиноземистыми материалами:алунд, корунд, диоксид циркония ZrO2, а так же уголь и графит.Огнеупорные материалы выполняют в виде порошков для изготовления набивной частикладки, а так же в виде кирпичей и фасонных изделий.Для плавильных печей: динас (94-97% SiO2), магнезит (≈ 95% MgO), хромомагнезит,доломит.Свойства даны в справочной литературе.Теплоизоляционные материалы ( λтеп≈ 0, 03...0,1Втм⋅К)Основные требования: малая теплопроводность при достаточной огнеупорности итермической устойчивости.Они представляют собой рыхлые легкие массы, пористые изделия или крупнозернистыепорошки (воздушные зазоры уменьшают λ , вес влияет на теплосодержание).Наибольшее распространение получили:Диатомит – осадочная горная порода (почти чистый кремнезём SiO2) используется в виденасыпной изоляции.Шлаковые и минеральные ваты – получают из топочных и доменных шлаков путем ихрасплавления в печах с последующим распылением струи расплава сжатым воздухом.

Из нихизготавливают и плиты.Стекловата – получается аналогично из отходов стекольного производства ( t прим ≤ 800 К ).Пеностекло – получают добавлением в расплав стекла газообразующих веществ( tприм ≤ 1000 К ).Асбест – волокнистый материал с t мах = 900°С . Обладает большой плотностью инизкими теплоизоляционными свойствами. В чистом виде используется в качестве засыпки.Обычно служит армирующим веществом для создания композиционных материалов сповышенными изоляционными свойствами (асбокартон, асбошнур).В электронной промышленности печи имеют чаще всего металлический кожух итеплоизоляцию, так как температуры < 1200˚C.§3.

Тепловой баланс печиВ самом общем случае для печей периодического действия время цикла равно:τ ц = τ наг + τ выд + τ охл + τ прост , гдеτ прост – время простаивания при загрузке и выгрузке.Расход теплоты, выделяющейся в нагревателях за цикл, составит:Qτ ц = Qτ пол + Qτ всп + ∑ Qτ потконначQτ пол = mизд ⋅ Сизд (tизд− tизд), где Сизд – средняя удельная теплоёмкость.конначконначQτ всп = Qτ жар + Qτ газ = mжар ⋅ Сж (tжар− tжар) + mгаз ⋅ Сгаз (t газ− tгаз);∑ Qτпот= K п (Qпот.наг ⋅τ наг + Qпот.выд ⋅τ выд + Qпот.охл ⋅τ охл + Qпот.прост ⋅τ прост ) ,где Kп = (1,15..1,3) – коэффициент неучтённых тепловых потерь.Следует отметить, что при расчетесчитать по формуле:q полτ нагна первом этапе, когда qпол = const, qпол можно⎡⎛ Tп ⎞ 4 ⎛ Tизд ⎞ 4 ⎤5, 67=⋅ ⎢⎜⎟ −⎜⎟ ⎥⎞ ⎣⎢⎝ 100 ⎠ ⎝ 100 ⎠ ⎦⎥Fизд ⎛ 11+− 1⎟⎜ε изд Fст.печ ⎝ ε ст .печ ⎠Для хорошего использования мощности печи при хорошей скорости нагреварекомендуется приниматьконtизд = (0,8...0, 9)tизд.Qпот.нагр и Qпот.выд определяются по формулам параграфа 2, при tп – то есть дляустановившегося режима работы (граничные условия 3-го рода)..ох.охQпот.охл ⋅τ охл = Qτнакк− QτкаккКоличество теплоты, которое необходимо ввести в печь за период нагрева, должно бытьдостаточным, чтобы нагреть изделие, жаропрочные детали, а так же компенсировать тепловыепотери за время остывания и простоя.Тогда уравнение теплового баланса печи:Qτ наг = Qτ .пол + Qτ всп + Qпот.наг ⋅τ наг + Qпот.охл ⋅τ охл + Qпот .прост ⋅τ прост = Qτ ц − Qпот.выд ⋅τ выдПотребная мощность печи:Pпотр =Qτ нагτ нагУстановленная мощность печи:Pп = K м ⋅ Pпотр = (1,1...1, 5) Pпотр , где Kм – коэффициент запаса мощностиучитывающий:– колебания напряжения в сети;– старение материала нагревателей;– форсирование режима нагрева печи с холодного состояния.КПД печи периодического действия:η=Qτ пол⋅100% .Qτ ц.