Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры (1984) (1092053), страница 62
Текст из файла (страница 62)
4,4 ",.е;:;-' Вычислим полные коэффициенты теплопередачи для каждой области Ф,б К! = 8, 05 + 6, 19 = 14, 24 Вт/(мэ. К); Кз =- 8,05+ 5,34 = 13,4 Вт/(мэ К); 35 К = 1,38-(- 6,12 = 7,5 Вт/(мэ. К); оз = Кг5зг+ Ки 3э + Кг 3з.в= .В' 14,24 0,08 + 13, 4 О, 148 + +8,05 0,08=3,76 Вт/К. 7,8 По формуле (6-28) находим темпеу е" .~!':'Ратуру нагретой эоны во втором прн- 74 г();-'''блнженнн 2,0 65 ; мне 6-18. ГРафик зависнмостн /(5//) ' 0 02 04 Рб 58 /О ,';21 — 690 33! / 1 1 / 1 1 1~~ =-! + Р~ — + — ~ =26+46 [ — + — ~ = 42,2'С. и» ок > 3,76 4,61>' Полученная температура нагретой зоны заметно отличается от температуры ее, рассчитанной в первом приближении, ! =55,2"'С; поэтому ! для уточнения температуры нагретой зоны необходимо третье приближение.
Вторая точка тепловой характеристики рассчитывается таким же способом при другой выбранной температуре кожуха. Из построенного графика находят температуру нагретой зоны при заданной мощности, рассеиваемой блоком (в нашем случае 130 Вт). В заключение еще раз приведем последовательность расчета тепловой характеристики нагретой зоны и кожуха герметичного блока: 1.
Из сборочного чертежа блока определяют геометрические размеры нагретой зоны. 2. Используя приближенную зависимость о,=-23(5> †2)(5» — 25»). находят тепловую проводимость участка от зоны к кожуху в первом приближении. 3. Задаются перегревом кожуха (в пределах 5 — 1О'С), находят а» и а» кожуха н по ним определяют тепловую проводимость' кожуха и». 4. Используя выражение 1„=1,+(!» — 1,) (1+о„-/о,), находят температуру нагретой зоны в первом приближении (! ).
! 5. По этим данным находят мощность„рассеиваемую в блоке, которая вызывает выбранный перегрев, Р'=и, (г„— !»). 6. Расчет во втором прибли>кении проводят, полагая извесп>ыми температуры г„н Г» и используя выражения для определения конвек- 1 ! тнвко-коидуктивного коэффициента (й,) н коэффнпиента лучеиспускания (сс»,), В результате находят о, . и 7. Определяют температуру нагретой зоны во втором приближении ! / 1 1 !и=! +! — + — ). » с 1 ! и Если значения температуры >» н >» отличаются друг от друтв бо! и лес чем иа 1О %, то проводят расчет в третьем приближении; при этом температура нагретой эоны !п>=-6,5(!г+ !1>).
В результате расчета получим одну точку тепловой характеристики. Вторая точка этой характеристики находится аналогично, при этом аадаются другим значением температуры кожуха. 5-3. РАСЧЕТ ЕСТЕСТВЕННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ БЛОКА С ЛЕРП>ОРИРОВАННЫМ КОЖУХОМ Эквивалентная схема тепловых проводимостей. Рассмотрим метод расчета температуры нагретой зоны блока с перфорированным кожухом (рис. 6-)9,а). Тепло рассеивается в окружающую среду путем конвекции и излучения наружными поверхностями кожуха, а также отбирается 322 Рис. 6Л9. Схема блока с перфорированным кожу виналснтнан схема тепловых ироводим протекающим через блок возд хом. Дви хом и шасси (а) и акостой блока (б) жение воздуха обусх и холодных обънй внутри и снарунижние отверстия сть его становится ходит через отверь и далее через отасти, выходит на- блоке, температуи физическими пасплуатацин должна оит в том, чтобы д допущений: хность шасси делит части с температуданной области не 1у значению темпе- (6-4л) (6-43) нижней области; температура возду(вых — температура 323 У !';;':;- ловлено разностью температур нагреты емов воздуха, а следовательно, и давлен ",-'-'::,:х, жн блока.
Воздух втекает в блок через 1 кожуха, при этом нагревается, плотно ~:-;-:;.': . меньше. Поднимаясь вверх, воздух про ф-',;; стия шасси, попадает в верхнюю облает верстия л, расположенные в верхней ч , 4!:,'.:. ружу. Между мощностью, рассеиваемой в '„",",;,!!;::"'' рой отдельных частей, геометрическими ,'~!~:: раметрамн конструкции и условиями эк ",ф. существовать зависимость.
Задача сост т~~;,',, найти эту зависимость. 'Фу:,'.'' Чтобы упростить задачу, сделаем ря 1. Будем считать, что нижняя повср внутренний объем блока на две равные рами (~ и (х, т. е. температура внутри меняется и равна среднеарифметическое :;-.',),"' ратур входящего и выходящего воздуха (, — 0,5((, +(„а); ~а ОЛИВ ш + (вых)~ ",;-.'."~~;:,.где (~ — средняя температура воздуха в 'ф Га†то же для верхней области; (, ф Ха вблизи нижней поверхности шасси; вытекающего из блока воздуха. 21е Это допушение сделано в предположении, что температура воздуха, протекающего через соответствующий объем, меняется линейно. 2. Нагрев воздуха внутри блока происходит толысо за счет конвекции, для лучистой энергии воздух прозрачен, и его нагревания за счет лучеиспускания не происходит.
3. Коэффициент теплоотдачи всех внутренних поверхностей блока будем считать одинаковым. 4. Кожух и нагретую зону будем считать изотермическими поверхностями. В соответствии с принятыми допущсниями можно выделить пять изотермических областей: 1) нагретую зону (1,); 2) кожух (1„); 3) воздух в нижней части (Г~); 4) воздуха верхней части (1,); 5) окружающую среду (г,).
Эквивалентная схема теплового процесса представлена иа рис. 6-19,6, Тепловая мощность Р, выделяемая в нагретой зоне, рассеивается тремя путями: конвективно передается кожуху в нижней и верхней части блока и излучением — кожуху. Кожух наружной поверхностью рассеивает тепловую энергию в окружающую среду конвекцией и излучением. С внутренней поверхности кожуха тепло конвекцией передается воздуху, протекающему внутри блока.
Воспринимаемое воздухом тепло идет на повышение его теплосодержания, поэтому точки эквивалентной схемы с температурой 1~ и гх можно считать стоками энергии с производительностью 1;1~ н Я,. Применяя закон сохранения энергии к отдельным процессам теплообмена РЭА с перфорированным кожухом, можно составить систему уравнений, решая которую, найдем связь между температурой отдельных областей блока и физическими и геометрическими параметрами конструкции.
Первое уравнение запишем из условия, что тепловая энергия, передаваемая конвекцией воздуху от нижней поверхности шасси и от нижней части кожуха (нижняя область), идет на повышение теплосодержания воздуха; Юг — — о„(1, — 1,) + о„, (1„— (г) (6-44) или иначе— сь9м(гв — 1~) + гь~кд(гц — Гг) = 2~ср(Гд — 1,), (6-45) где а — конвективный коэффициент теплоотдачи всех внутренних поверхностей блока; Я„ — плошадь реальной поверхности нагретой зоны в области 1; 5,~ — площадь поверхности кожуха в нижней области; 6 — расход воздуха, !; протекающего через нижнюю область 1, кг/с; ср — удель':„"",'ная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, ;;:"' Дж/(кг.К).
Правая часть уравнения (6-45) записана на основании ,:."допущения 1. Изменение теплосодержания воздуха в ниж-'; ней области пропорционально разности температур 1,.— 1„ которая с учетом уравнения (6-42) будет :Фх 1«. — 1«=2(1г — 1.). (6-46! (6-47) и редполов верхней 1«ы«1«.ш, (6-49) , что мощзлучением „ отводитя находяющее про- згз В уравнение (6-45) входят четыре неизвестных: 1, 1«. 1~ Второе уравнение получим из условия, что тепловая энергия, передаваемая конвекцией воздуху от верхней по,'-";,;:::.-"' верхности шасси н от верхней внутренней поверхности кожуха, идет на повышение теплосодержания воздуха в области 2: 02 и«2 (1« 12) + п«2 (1«2) а5 (1,— 1 ) + а5«(1„— 1 ) = 26с (1 — 21 + 1 ), (6-48) ~-::,:':".-":;где 5м — площадь поверхности нагретой зоны в области 2; 'Б«х — площадь поверхности кожуха в верхней области, Правая часть уравнения (6-48) составлена в женин, что изменение теплосодержания воздуха области пропорционально разности температур "';::;;":, которая с учетом уравнения (6-43) будет — =2(1,— 1«л).
,~~!, Из равенства (6-46) следует, что (6-59) :"''ф".: поэтому $ — = 2 (1, — 21, + 1«). ':,.;;=;В!: В уравнение (6-48) вошел новый неизвестный параметр Третье уравнение составим исходя из условия ность Р,„(1м 1«) источников тепла передается и от нагретой зоны к кожуху, От кожуха тепло Р, ся в двух направлениях: внутрь блока, нагрева щийся в нем воздух путем конвекции, и в окружа странство: Ра л = 1 «+ пм (1«1~) + о«г(1«1«) (6"52) нап Рвл((в~ (н) =- Рн+ а5нд(1н — (д) + азы((к — 1в) (6.55) Расчет Р,, производится по формуле Рнн (1„(к) = е„Ц1„1„)(1, — 1к) дркн 5в н, (6-54) где ев — приведенная степень черноты нагретой зоны и внутренней поверхности кожуха; Я, „ — площадь поверхности нагретой зоны; др, — коэффициент взаимной облучен- ности нагретой зоны и внутренней поверхности кожуха; если пренебречь отверстиями в кожухе, то можно считать дра.н = 1.
Расчет Рн производится по формуле Рн=он(гн тс) ° Тепловая проводимость ан от кожуха в окружающую среду определяется выражением он =- ~(акд + ан,) Я„д. (6-55) с Прн расчете Рн кожух будем считать сплошным, т. е. ~~Г~5 - = 5н =-Я„, + 5д+ 5„х+ 5„(6-56) ! где Бн — площадь поверхности кожуха, без учета перфорации; Я~ и Бх — общая площадь отверстий на кожухе, расположенных соответственно ниже и выше шасси. Увеличение расчетной поверхности кожуха приводит к некоторой неточности в определении Рк. Однако возникающая при этом ошибка будет уменьшена за счет того, что в выражении тепловой проводимости от нагретой зоны к кожуху коэффициент взаимной облучеяности др,, =1. При этом в уравнении (6-53) будут одинаково завышены значения Р, и Рк, Это допущение значительно упрощает дальнейшие рассуждения.
Четвертое уравнение может быть выведено из условия общего теплового баланса. Полная мощность источников энергии Р, расположенных в нагретой зоне, рассеивается наружной поверхностью кожуха, а часть тепла уносится проходящим через блок воздухом, поэтому Р = Рк + 26ср ((в — 1д). (6-57) Второе слагаемое правой части уравнения (6-57) составлено на основании допущения 1. Тепловая мощность, отводимая протекающим через блок воздухом, пропорциональна разности температуры входящего и выходящего воздуха гв„х — йв На основании уравнений (6-50) и (6-51) можно исать (вых (с = 2((в 1д).
(6-58) Система из четырех уравнений (6-45), (6- (6-57) содержит пять неизвестных: 1ь 1ь 1з, ность источников тепла задана. Определение расхода воздуха через блок. пенне можно получить, анализируя условия .) .-.':: в блоке. Связь между количеством воздуха щего в единицу времени через отверстия 1, п рых Зь и разностью давлений ЬН, снаружи "-;.,'-.",;:;,::,. ка на уровне отверстий 1 выражается формуло 1~' Ог = р,3,~ 2др,ЬНт, где р~ — коэффициент расхода (если жалюзи и имеются только отверстия, то р~ — — 0,65 — см 48)', (6-53) и О н1; мощ- Пятое уравтеплообмена О, протекаю- лощадь кото- и внутри бло- (6-59) отсутствуют табл.
6-3); д — ускорение силы тяжести; р, — плотность воздуха при (6-60) ерстия в шас- Я вЂ” площадь й в верхней температуре ний воздуха шасси; ЛН~— ри блока на (6-62) (6-63) (6-64) Зэт температуре 1„. Аналогичные выражения можно получить для воздуха, протекающего в единицу времени через отверстия в шасси и в верхней части кожуха: О„, = р.,аЯш) 2др, ЛН а.— „ьгьр ьн„ где рш, ц, — коэффициенты расхода через отв си н в верхней части кожуха соответственно; Ф~~.;., отверстий в шасси; 5з — площадь отверсти '),:~::: части кожуха; рь рз — плотность воздуха при 1~ и 1~ соответственно; ЬН,„ — разность давле "',.!~;;:, между верхней и нижней областями в районе разность давлений воздуха снаружи н внут ",,::;.',~!: " уровне отверстий 2 (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
