Л1-Савельев, Овчинников - Конструирование ЭВМ и систем - 1984 год, страница 22

(6.13) Если тепловой поток (1)(е при движении от тела к среде не меняется, ' '$О Р)с = г"(с и п)е = а)сЯ). (6.14) Нередко тепловая энергия передается от поверхности ( к поверхности ) через жидкую или газообразную прослойку. В этом случае тепловой поток ()), 7 = й(, (О) — О?) Л), 6.! 6 ( ) где й) ! — коэффициент теплопередачи в прослойке, Вт)(мв.К). Если между поверхностью (' и !' нет источников и стоков тепловой энергии, то Коэффициенты теплообмена конвекцией асц и теплопередачи в прослойке й(; являются функпиями физико-механических и кинематических свойств жидкости или газа, а также параметров, характеризующих форму и размеры поверхностей.

Рассмотрим выражения для определения коэффициентов а(е и ))( ) некоторых типичных элементов конструкции электронной аппаратуры. При анализе процессов теплообмена конвекцией используются критерии Нуссельта, Грасгофа, Прандтля, Рейн)одьдса: Р(п =- а(,7.)Х„. (6.!Ь) Ог = др, (0) — О,)(,а,,'),; ('6. 19) Рг =- тс,'а (6.20) йе =- о?,,'м„ (6.21) 4)(е Š— определяющий размер элемента конструкции (длина обтека)()(я, например, длина пластины или цилиндра.

Для тел сложной кон- фигурации рассчитывается средняя длина обтекания, зависящая от коэффициента заполнения объема); ?„ре, т„а, — - соответственно коэффициенты теплопроводнссти, объемного расгпирения жидкости или газа (1г'К), кинематической вязкости (меггс), температуропроводности (м",с); сг — ускорение силы тяжести, и/ся) о — скорость потока жидкости или газа, мгс. Основные физические параметры и критерий Прандтля для сухого воздуха прн д ---- 101 кПа и воды на линии насьпцения при различных температурах приведены в табл. 6.3. Таблица 6.3 х.гвз, В )<м?К) ч ° ге, м~?е Рг е, К р.

магм ср, джг<аг К) Сухой воздух Вада иа ливии насыщению В таблице н далее р — плотность воздуха нли воды; с„— теплоемкость воздуха или воды. Естественная конвекция в неограничен- и о м и р о с т р а н с т в е. Тегглаабмен неогранггченного цилиндра. Неограниченными цилиндрами в конструкции ЭВМ можно считать, например, навесные проводники (проводной и струнный монтаж).

При .чамннарном движении среды (Сгг Рг 10-з —; 5 109) коэффипиент теи- 1ОО 223 253 2?3 283 293 303 313 323 333 343 353 363 373 393 273 283 293 303 .313 323 333 343 :353 363 373 1,584 1,395 1,293 1,247 1,205 1,165 1,128 1,093 1,060 1,029 1,000 0,972 0,946 0,898 999,9 999.6 998,2 995.6 992, 2 988,0 983,2 977.7 971,8 965.3 958,3 1О!О 1010 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 !000 1000 1000 !000 4230 4220 4210 4200 4200 4200 42!О 4220 1220 4225 4230 2,04 2.28 2,44 2,5! 2,60 2,68 2,76 2,83 2,90 2,97 3,05 3,13 3,21 3,34 0,552 0,575 0,600 0,618 0,635 0,64? 0.660 0.667 0,674 0,680 0,682 9,23 !2,79 !3,28 !4,!6 15,06 !6,00 !6,96 17,95 18,97 20,02 21,09 22,10 23,!3 2о,45 1,790 1,306 1, 006 О, 805 0,659 0,556 0,478 0,415 0,366 0,326 0,295 0,728 0,7!6 0,707 0,705 0,703 0,701 0,699 0,698 0,696 0,694 0,692 0,690 0,688 0,686 13,70 9.

56 7,06 5,50 4,30 3,56 3.00 2,56 2,23 1,95 1,75 — 0,63 -'-0,70 1,82 3,21 3,87 4,49 5,30 5,80 6,30 7,00 7,50 лообмена конвекцией (Вт'(м' К)! а г = 4< ((Ог — Ое)<йе)ггв (6.22) где А, — коэффициент, определяемый из табл. 6.4 (см. (6)); й— диаметр цилиндра, м. Таблица 6.4 3 аачеааа каэффацаеатаа яра О .= 0,3 <О.

ф О ), К ас з о' Среда 373 ! «ОЗ ( «93 ) зез ! 3!3 ! 333 ! 333 ! 373 ! 393 ( <гз ) 4«3 Коэффициеит Л, Воздух! 0,291 1 — ! 0,295 1 Вода !9,350( — 113,10) О,З ~О,ЗОО~О,З!О~О,З!5~О.З20~ Коэффициеит Лг !.з4 ~ ),з! ~ 1629 ~ 1,27 ~ !.26 ~ Воздух! — 1 1,40 ! 1,38! 1,36 Вода 1 — ( 90,0 ( !05 ) !27 1,25~1,245 Коэффициеит Лз 1,61 — 1 !.53 1 1,45 1 1,39 1,33 ! 1,23 — ~ 425 480 Воздух! 1,69 ! Вода ~ 102 ор !ю ((щг„— меныпин размер пластины; Ат, А „— коэффициенты, учиты;: йающие теплофизические параметры среды (см. табл. 6.4); ʄ— = 167 Теплообмен плоской и цилиндрической стенок.

К этому случаю отевосится, например, естественная конвекция между корпусом ЗВМ и )(Окружающей его средой. Для таких элементов конструкции коэффи- «4!иент теплообмена определяется по закону !г4 степенн, если выполня,'фтся условие (Π— Ое) = (840 Т.)', (6.23) по закону !,)3 степени в противном случае (здесь Š— определяющий з~)азмер, мм). В общем виде коэффициент теплообмеиа конвекцией сс е =- К рА 3 [(Π— О ): Т.) гг' К, ) ')<ЛИ сег, — К,„А, (О; — О,)"3 Кги (6.25) )где К,р — коэффициент, учитывающий ориентацию поверхности: Козффацвеят а оаредеаающаа размер Вертикальные плоская и цилиидричесяая стенки вы,сотой гг .

. . , . . . . . . , . . 1 5 Горизонтальная плоскость, рассеивающая тепловую фвиергию вверх........... 1,3 !а|м Горизоитальиая плоскость. рассеивающая тепловую ,Энергию вниз 0,7 (Нкснс1Н норм) "— коэффициент, учитывающий давление внутри конструкции; Нк,н, и Н„„р„— соответственно давление внутри конструкции и нормальное давление окружающей среды; и — показатель степени (114 или 113). Вынужденная конвекция в неограниченн ам п р остр а н с т в е.

Критернальное уравнение для коэффициента теплообмена конвекцией прн вынужденном движении среды вдоль плоской или цилиндрической поверхности (рис. 6.3): при ламинарном движении среды (Ке ( 4 ! 0') Ып„=- 0,66 Кес э Рг,'" (Ргс1Рг )сжэ (б 26) при турбулентном движении среды (Ке ) 4.10') 6 3 движеаке 1')~т — - 0,037 Ке Ртс ' (1 Гс1РГн) ' .

(6.27) среды вдоль плоской илн цклиидрвческой Здесь для подсчета Ргс и Ргс физические пастенок раметры среды определяются при температуре среды (набегающего потока) и поверхности соответственно (для остальных критериев — при температуре среды). Определяющим размером является длина стенки в направлении движения среды. Для воздуха при (6; — 6,) меньше сотен градусов выражения (6.26) и (6.27) упрощаются: Хц„= 0,57 УКе, Ыпт = 0,032 Кес' (6.28) Связь между коэффициентом теплообмена конвекцией и критерием Нуссельта устанавливается формулой (6.18). При ламинарном н турбулентном движении воздуха соответственно можно значение коэффициента определять по выражениям: гс; с „.=- 0,57 (Лс1Е) УрЕгус; сс;,, = 0,032 (Лс/Е) (рЕ/тс) (6.29) При поперечном обтекании потоком воздуха тел, находящихся в неограниченном или замкнутом пространстве, при 10 ( Ке ( 10' критерий Нуссельта Ып — 0,8)/Ке.

(6.30) Виды тел, для которых может быть использована формула (6.30), и их определяющий размер показаны на рис. 6.4. Теплообмен конвекцией в каналах. Область между двумя субблоками или платами можно рассматривать как канал, в котором происходит свободное или вынужденное движение воздуха (рис. 6.5). Эту область можно считать плоским каналом, если его ширина Ь, = Ь вЂ” )г „(ЕЕ,), (6.31) где 1~ц„—.суммарный объем деталей, установленных на обеих платах; Е, — высота платы; Ен — длина платы — ее размер в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа. Коэффициент теплообмена конвекцией непостоянен по длине (высоте) канала.

Для инженерных расчетов используется понятиесреднего коэффициента теплобмена а;,. При естественном движении воздуха (канал ориентирован вертикально, скорость движения среды постоянна по длине канала, Ь( Ен, Е,) коэффициент теплообмена конвекцией не зависит от координат: ас,:.- 4,12 Л, Ьсе. (6.32) При вынужденной конвекции (ламинарное движение воздуха Рг =--0,7) среднее значение критерия Нуссельта Ыпс, =- 6,18 т'1 1Е„, если 1.к ( 1„; Ми„=- 4,!2 (1 + 1„(2Ен), если Ек ) 1„. Рнс, 6.4. Поперечное обтекание элементов конструкции Рнс. 6.5, Канал между двумя субблокнми При турбулентном движении воздуха )с)пт = 1 165 М~ (1н1Ек) ' ет, если Ек ~ (1к Ып,=-Ып (1+0,1651„1Е„), если 1,к) 1„ (6.35) (6.36) Здесь ń— размер канала в направлении движения воздуха (для рис. 6.5 Е„= Е,); 1„— 0,01 Ь Ь Ке (дла фоРмУл (6.33) и (6.34)); 1н =-- 40 Х х Ь,ф (для формул (6.35) и (6.36). Хи =- 0,019 Кео э.

(6.37) В формулах (6.18) и (6.21) для ламинарного потока воздуха определяющим размером будет Е = Ьээ, а для турбулентного Е =- 2Ь„э. Для воздушного зазора между субблоками с интегральными схемами в прямоугольных корпусах при вынужденной конвекции (ОСТ 4 ГО. 012. 032) коэффициент теплообмена а;с =- О 29 Л, Кес э'г(скк при Ке ( '!Он а;с = 0 03? Л, Кео ~1с(скн пРи 10л ( Ке ( 10' где Н,„, — эквивалентный диаметр воздушного зазора между суб- блоками (с1,„, ж Ь„ь).

Теплообмен при вынужденном движении ж и д к о с т и в т р у б а х. При ламинарном движении жидко. сти в трубе круглого сечения (<хе ( 2200) критерий Нуссельта (х(цл .- 0,15 р Гебга ' Рг„'."а(Рг,!Ргт )"'е< (6.40) где еь — поправочный коэффициент, зависящий от соотношения диаметра и длины трубы, Если Р е ) 10', то движение жидкости в трубе будет турбулентным. а критерий Нуссельта 3т(1<т -= 0,023 Рго 3 17еа,а кь (6.41) Здесь поправочный коэффициент еь зависит не только от отношения !<<(, но и от значения критерия Рейнольдса.

Коэффициенты еь и рь при 3(е -= 5 10а для различных значений !'<! и режимов движения жидкости в трубе даны ниже: . 1,9 1, 34 2 5 10 15 20 ЗО 50 1,7 1,44 1,28 3,17 1,!3 1,05 1,00 1,27 3,18 1,13 1;30 3,08 1,04 3,00 В качестве определяющей берется средняя температура жидкости (К) на входе и выходе из трубы: О, --05(Оах —,Ов „). Определяющим размером в (6.18) и (6.21) является диаметр трубы (!. -= <(). При некруглом сечении трубы эквивалентный диаметр (м) с<она -- 4Р П (6.42) где г", П вЂ” соответственно площадь (ма) и полный смачиваемый периметр (м) поперечного сечения трубы.

Определяющая среднерасходовая скорость (м<с) о -'- 6р<'<с, (6.43) где 6р — объемный расход жидкости, ма<с. Если тепловая энергия, воспринимаемая хладагентом, расходуется только на изменение его теплосодержания, то отводимая через каждый канал или трубу мощность С<Р6Р (О выл — 3)вх), (6.44) где Ср — удельная теплоемкость хладагента, Дж:(кг. К): р — его плотность, кг<м'.

Теплообмен излучением. Тепловая энергия излучается электромагнитными волнами в инфракрасном диапазоне длин. По закону Стефана — Больцмана излучаемая в пространство энергия (Вт) Ф - еСо5 (О !00)х, (6.45) где е — степень черноты тела; Со =: 5,67 Вт'(ма К') — коэффициент излучения абсолютно черного тела; 5 -- площадь излучающей поверхности тела, м"-; Π— температура тела.