Назаров_Конструирование_РЭС (560499), страница 32

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 32)

Значения параметра Z для воды и воздухаприведены в табл. 5.5, значения поправочного коэффициента — втабл. 5.6.Таблица 5.5tf.cZ (воздух)Z (вода)-50-20020501004,3—3,92—3,7414303,561,8803,425003,13190Таблица 5.6К ‘L при разных отношениях I /dRe1∙1042∙ 046∙1041∙ 051∙10611,651,511,341,281,1421,51,41,271,221,1151,341,271,181,151,08101,231,181,131,101,05151,171,131,101,081,04301,071,051,041,031,02501,01,001,001,001,00На участке нестабилизированного движения теплоносителя втрубе х ≤ lH = 20 d при вихревом режиме значение числа Нуссельтана расстоянии х определяется выражениемNu = (lH/x)1/6(Nu∞,)(5.30)среднее значение критерия на участке длиной х — выражениемNu = 1.2(lH/x)1/6(Nu∞,)).(5.31)Теплофизические параметры теплоносителя, через которые вычисляются критерии, входящие в формулы (5.17) — (5.21), (5.27), (5.28),бе185рут из таблиц для средней температуры теплоносителя tj = 0,5 (t8Х +t вых), где tвх,tвых—температуры теплоносителя на входе и выходе канала или трубы.5.1.4.

Передача тепла излучениемПроцесс теплообмена излучением основан на способности твердых,жидких и газообразных тел излучать и поглощать тепловую энергию ввиде электромагнитных волн инфракрасного диапазона.Для двух тел, участвующих во взаимном теплообмене излучением(или для тела, помещенного в газовую среду), результирующий тепловой поток, направленный от изотермической поверхности S 1 первоготела с температурой t1 ко второму телу (или газовой среде) с температурой t2 определяется соотношением, полученным на основании законаСтефана— Больцмана [18]: t1 + 273  4  t 2 + 273  4 PЛ = С 0 ε ПРϕ12 S1   − 100   100  где С 0 = 5,670 Вт/(м2 • К4 ' — коэффициент излучения абсолютно черного тела; ε — приведенная степень черноты поверхностей тел, участвующих в теплообмене; φ 12— коэффициент взаимной облученности тел.При теплообмене неограниченных плоскопараллельных пластин,поверхности которых характеризуются степенями черноты ε1 и ε2 ,приведенная степень чернотыε ПР =11.

/ ε 1 + 1 / ε 2 − 1(5.33)Для теплообмена в замкнутом пространствеε ПР =11. / ε 1 + (1 / ε 2 − 1) S1 / S 2(5 34)'где S 1, S 2 — площади поверхностей первого и второго тел.Значения степени черноты некоторых материалов приведены втабл. П.4.Коэффициент φ 12 показывает, какая часть теплового потока, испускаемая нагретым телом, поглощается холодным. Как правило, в расчетах тепловых режимов РЭС полагают φ 12 =1.186Для практических расчетов выражение (5.32) преобразуется к видуPл = αлS1(t1-t22)-(5-35)Здесь ал =εПРφ12f(t1,t2) — коэффициент теплопередачи излучением, где t1 + 273   t 2 + 273 −100   100 f (t1, t 2) = 5.673(5.36)t1 − t 25.1.5.

Определение конвективного и лучевого коэффициентовтеплопередачи по номограммамМоделирование процесса теплообмена между конструкциями РЭС исредой для меняющихся в широких пределах исходных данных позволило найти аппроксимирующие выражения конвективных и лучевыхкоэффициентов теплопередачи в виде функций конструктивных параметров, по которым построены номограммы для нахождения этих коэффициентов.Многообразие номограмм определяется различием в подходах к решению задачи расчета теплообмена.Структура номограммы и схема определения конвективного коэффициента теплопередачи а к в условиях естественной конвекции в неограниченном пространстве изображена на рис. 5.9.Для определения а к необходимо задать начальный перегрев поверхности теплообмена Δt = t1-t2 , где t1 — температура на поверхноститеплообмена; t2 — температура окружающей среды, вычислить среднее значение температуры окружающей среды tCP = 0,5 (t1+t2) и определяющий размер нагретого тела (конструкции) L = S / 6 , где S — площадь поверхности теплообмена.

Затем соединить прямой точки tCP и Δ t, източки пересечения этой прямой со вспомогательной линией Апровести прямую в точку L. На пересечении данной линии со шкалойа к считывается значение конвективного коэффициента теплопередачи.Номограмма для определения коэффициента теплопередачи излучением аK приведена на рис. 5.10. Номограмма построена для степеничерноты поверхности εн = 0,8. Значение коэффициента теплопередачисчитывают в точке пересечения шкалы а K с прямой, соединяющей точ187Рис. 5.9. Номограмма для определения конвективногокоэффициента теплопередачики t2 и t2 на температурной шкале.

Пересчет коэффициента теплопередачи,найденного с помощью номограммы, на реальную степень черноты поверхности теплообмена е производится по формуле188Рис. 5.10. Номограмма для определения коэффициентатеплопередачи излучением'ал = алнε/εHгде а л н — значение коэффициента теплопередачи, определенного пономограмме.5.1.6. Принципы суперпозиции температурных полейи местного влиянияКонструкция РЭС представляет собой систему нагретых тел, рассеивающих тепловые потоки Р i и находящихся во взаимном теплообменедруг с другом, с некоторой j-й точкой и окружающей средой (рис.5.11). Если рассмотреть воздействие каждого теплового потока на точку уобособленно от воздействия других потоков, то становится очевидным, что температура tj этой точки, каждый раз оказывающейся нанекоторой изотермической поверхности, обусловлена тепловым коэффициентом F ij между источником тепла с тепловым потоком Рi .

иизотермической поверхностью.189Рис. 5.11. Теплообмен всистеме нагретых телКонечный тепловой эффект отодновременного воздействия всехтепловых потоков Р 1 г Р 2Рп вТочке j можно найти алгебраическимсложением результирующих эффектов действия каждого потока Рi, т.е.реализовав суперпозицию температурных полей.При условии, что тепловые потокии коэффициенты теплообмена отдельных областей системы на зависятот температуры, в любой j'-й точкестационарная температураnt j = t C + ∑ FijPi(5.37)i =0Принцип суперпозиции может быть применен и в случаезависимости Fij от температуры. Значения Fij могут быть найденылибо расчетным путем методом малых приращений, либоэкспериментально для результирующей температуры t j.При анализе температурных полей наретых тел часто требуется определить,а каком расстоянии от области, занятойсточником тепла, конфигурация этойбласти практически не влияет на конэигурацию температурного поля в теле.1 ряде работ показано [18], что если исочник занимает область J(рис.

5.12) иавномерно распределен в этой области,о на расстоянии L от центра областипо величине примерно равном наиболь1ему размеру области) характер темпеатурного поля такой же, как и в случае,ели тепловой поток сосредоточен вентре области.Иными словами, любое местное возущение температурного поля локальноРис. 5.12. К пояснениюне распространяется на отдельныепринципа местного влияния частки этого поля.В качестве примера можно привести температурное поле группы радиоэлементов, расположенных на плате узла РЭС и являющихся источниками тепла.

Эта группа элементов вызывает такое же повышениетемпературы в отдельных частях аппарата, как и равномерно распределенный на плате источник той же мощности. Вблизи от радиоэлементов температурное поле в значительной степени зависит от размеров иконфигурации самих элементов.5.1.7. Электротепловая аналогияФормулы (5.2), (5.3) и (5.35), устанавливающие зависимость междутепловыми потоками и перегревом, аналогичны формуле закона Ома винтегральной форме для электрических цепей:I = σ(φ1-φ2).(5.38)Это позволило использовать методы и приемы теории электрических цепей для интерпретации процессов теплообмена.Из сравнения соотношений для тепловых потоков и электрическоготока, протекающего через участок электрической цепи, легко установить следующие аналогии:электрическое сопротивление R э — тепловое сопротивление R;электрическая проводимость σэ — тепловая проводимость σ;электрическое напряжение U — температурный перегрев Δ t;электрический потенциал φ — температура t;электрический ток I— тепловой поток Р.На основании электротепловой аналогии процесс теплообмена может быть представлен тепловой схемой, элементами которой являютсяисточники и приемники тепловой энергии и тепловые сопротивления(проводимости).

Каждому узлу тепловой схемы ставится в соответствие определенная температура t. Переменные величины в тепловойсхеме (тепловые потоки и перегревы) подчиняются законам Ома и Кирхгофа для тепловых схем. На основании этих законов тепловые схемымогут быть преобразованы и упрощены.Как следует из (5.2), (5.3), (5.35) и (5.38), тепловые проводимости(сопротивления) тепловой схемы определяются с помощью соотношений:при кондуктивной теплопередачиσТ =λS CP1= α T S CP ; RT =lα T S CPпри передаче тепла конвекцииσк=αкS; Rk =1αk S191при передаче тепла излучениемσЛ=αЛS; Rл =1α лSТаким образом, тепловые проводимости (сопротивления) выражаются через теплофизические параметры материалов (среды) и геометрические (конструктивные) характеристики нагретых тел.Пример 5.1. Через цилиндрический стержень диаметром d, составленный из двух разнородных материалов с коэффициентами теплопроводности λ1, и λ2 (рис.

5.13, а), протекаеттепловой поток Р. Составить тепловуюсхемупроцессатеплопередачиипри известной температуре t2 правогоконца найти температуру t K в контактематериалов и температуру t 1.Тепловая схема представлена на рис.5.13,ПосколькуP = σ2(tK-t2) = σ1(tl-tK),тоРис. 5.13. Передача tK = t2 + P/σ2; t1=tk + P/σ1тепла в цилиндрическом стержне: Для кондуктивной теплопередачиа — конструкцияλ1πd 2λ 2πd 2стержня;σ1 =σ2 =4l1Рис. 5.14.Теплообментранзистора,установленногона радиаторе:а — схематическоеизображениеконструкции; б —тепловая схема; 1 —радиатор; 2 — транзистор; 3 — прокладка4l 2Пример5.2.Составитьтепловуюсхему, отражающую процесс теплопередачи от транзистора, установленного нарадиаторе с площадью теплоотводящейповерхности Sp (рис.

5.14, а), к среде, если накристалле транзистора выделяется мощностьР.Т епловая схема приведена на рис5.14,.б. Тепловой поток от кристаллатранзистора через внутреннюю проводимостьσ вн передается на корпус транзистора, черезпроводимость σ KP контакта«корпус транзистора — радиатор» — нарадиатор и с радиатора конвективным илучевым способами — среде. Одновременно часть теплового потока конвек-цией и излучением стекает в окружающее пространство непосредственно с корпуса транзистора.5.2. Методы теплового моделирования и расчета тепловых режимовконструкций РЭСИсследование теплового режима конструкции РЭС состоит в определении температуры в некоторой точке ti • = tj • (τ, Р) и температурного перегрева Δ tj = Δ tj (τ, Р) .

В установившемся (стационарном) режиме Δ t, не зависит от времени τ, а зависимость Δ tj, = A tj • (Р) называют тепловой характеристикой j ой точки (области) конструкции.В общем случае исследование тепловых режимов конструкций выполняют в следующем порядке: определяют класс конструкции и составляют ее тепловую модель; реализуют тепловую модель математически и рассчитывают показатели теплового режима; производят оценку точности теплового моделирования.Класс объединяет конструкции, имеющие общие признаки и одинаковую физическую основу протекания тепловых процессов. При определении класса конструкции учитывают такие признаки, как структуранагретой зоны, способ охлаждения нагретой зоны, способ охлаждениякожуха и др.Тепловую модель конструкции или класса получают в результатеанализа конструкций, выявления их теплофизических свойств и идеализации процессов теплообмена.5.2.1.

Характеристики

Список файлов книги