Тема 6 Основы обеспечения нормальных тепловых режимов РЭА (560684)

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

Текст из файла

6. ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НОРМАЛЬНЫХ ТЕПЛОВЫХРЕЖИМОВ РЭАКонструкции РЭС как преобразователи электрической энергии вбольшинстве случаев обладает низкими коэффициентами полезного действия. Поэтому в процессе работы РЭС большая часть подводимой электрической энергии преобразуется в тепло, которое расходуется на нагреваниеузлов и деталей и частично рассеивается в окружающее пространство. Общий баланс энергии в РЭС можно выразить уравнением:Еп=Е1+Е2+Е3,где Еп - энергия, отбираемая устройством от источников питания, Е1 полезная энергия, Е2 - энергия, рассеиваемая в окружающее пространство,Е3 - тепловая энергия, вызывающая нагревание деталей и узлов.Известно, что повышение температуры способствует росту интенсивности отказов радиоэлементов, вызывает ускоренное старение конструкционных материалов. По этой причине при разработке инструкций РЭС стремятся обеспечить хороший теплообмен аппарата с окружающей средой, т.е.в пределах возможного снизить величину Е3 или улучшить отношениеЕ2/Е3.Миниатюризация РЭС способствует значительному снижению потребления от источников питания.

Однако уменьшение габаритов РЭС вконечном счете ведет к росту отношения выделяемой тепловой энергии иэнергии рассеиваемой в окружающее пространство. Поэтому проблемаобеспечения тепловых режимов в современных РЭС не утрачивает своейостроты. Напротив, допустимый нагрев элементов конструкции становитсяодним из основных ограничивающих факторов на пути дальнейшего улучшения маccо-габаритных характеристик РЭС.6.1. Основы теории теплообмена в РЭСТеплообмен между нагретыми телами и окружающей средой, конструкциями и средой количественно характеризуется тепловым потоком и егоплотностью.Тепловым потоком называется количество тепла Q передаваемое оттела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой (вобщем случае к среде) в единицу времени τ ,т.е.Р=Q/τТепловой поток, отнесенный к площади изотермической поверхностиназывают плотностью теплового потока:q=Q/(τS)=Р/S ,2где S - площадь изотермической поверхности.

В общем случае теплообмен осуществляется с помощью трех способов видов тепла: теплопроводностью (кондукцией), конвекцией и излучением.6.2. Передача тепла теплопроводностьюТеплопроводностью (кондукцией) называют перенос тепловой энергии при соприкосновении между собой частиц вещества или отдельных тел,имеющих разные температуры.Полный тепловой поток Рт передаваемый от изотермической поверхности S1 к изотермической поверхности S2 выражается какPт =λSl( t 1 − t 2) ,(6.1)где : γ - коэффициент теплопроводности материала, S=0,5(S1+S2) - площадь средней изотермической поверхности , t1 ,t2 - температуры изотермических поверхностей S1,S2, l=x1-x2 - расстояние между изотермическимиповерхностями.Произведя заменуиз (6.1) получим:λ/l=αTРT=αTS(t1-t2),(6.2)где αT - коэффициент теплопередачи кондукций. Значения коэффициентов теплопроводности наиболее распространенных конструкционных материалов приведены в таблице 6.1.Таблица 6.1Наименование материалаα вт/м град1.

Алюминевые сплавы160-1802. Бракеритовая керамика180-2003. Воздух0,0254. Германий52-585. Гетинакс0,15-1,186. Кремний120-1307. Ковар Н29К18218. Керамика 22ХС18-209. Латунь100-20010. Магниевые сплавы120-12711. Медь380-390312. Олово6413. Пенопласт=0,05-0,2 кг/см0,04-0,0614. Резина0,11-0,166.3. Передача тепла конвекциейПроцесс теплообмена между поверхностью твердого тела с температурой t1 и некоторой газообразной или жидкой средой с температурой t2=tc,обусловленной естественным или принудительным перемешиванием средыоколо поверхности носит название конвективного теплообмена.Полный тепловой поток Рк , отдаваемый изотермической поверхностью S среде за счет конвекции как:Рк=αкS(t1-t2),(6.3)где αк- коэффициент конвективного теплообмена. Коэффициент αкпредставляет собой тепловой поток между единицей поверхности твердоготела при разности температур между телом и средой в один градус.В общем случае αк зависит от температур t1 и t2 и ряда физическихконстант среды:αк=f(t1, t2, b, λ, Сp, ν, а, g, Ф),где b - коэффициент объемного расширения среды (жидкости или газа)1/oС,λ - коэффициент теплопроводности среды, Вт/моС,Сp - удельная теплоемкость среды при определенном давлении, Дж/кгoС,ν - коэффициент кинематической вязкости среды, м2/с,g - ускорение силы тяжести, м/с2,а=λ/ Сp ρ - коэффициент температуропроводности среды, м2/с,ρ - плотность среды, кг/м3 ,Ф - совокупность параметров, характеризующих форму и поверхностьтел.Зависимость физических констант среды от температур t1 и t2 и бесконечное разнообразие возможных форм поверхности нагретых тел исключает возможность получения табличных значений конвективных коэффициентов теплопередачи как теоретическими, так и экспериментальнымиметодами.4Поэтому для определения αkиспользуются основные положениятеории подобия.

Согласно этой теории сложные процессы характеризуютсяобобщенными параметрами, представляющими собой безразмерные комплексы размерных физических величин. Если значения обобщенных параметров находятся в определенном диапазоне величин, то процессы (явления) считаются подобными. В теории теплообмена используются четыреобобщенных параметра (критерия), каждый из которых выражается черезопределенное количество физических параметров среды. Знание критериевпозволяет без особых затруднений найти αk.Критерии подобия (критериальные уравнения).Для определения конвективного коэффициента теплопередачи в условиях естественной и принудительной (вынужденной) конвекции достаточноопределить:„ критерий НуссельтаNu =α L,λ(6.4)kгде L - определяющий геометрический размер тела (внутренний диаметртрубы, высота цилиндра или вертикальной стенки, наименьшая сторона горизонтально расположенной поверхности и т.п.),„ критерий Грассгофа3Gr = βg L (t − t ),„ критерий ПрандитляνPr =„ критерий РейнольдсаRe =221(6.5)ν , (6.6)avLν, (6.7)где v - скорость движения газа или жидкости при вынужденной конвекции.Из (5.4) видно, что коэффициент αk выражается через критерий Нуссельта.6.4.

Передача тепла излучением5Процесс теплообмена излучением основан на способности твердых,жидких и газообразных тел излучать и поглощать тепловую энергию в видеэлектромагнитных волн инфракрасного диапазона.Для двух тел, участвующих во взаимном теплообмене излучением(или для тела, помещенного в газовую среду), результирующий тепловойпоток, направленный от изотермической поверхности S1 первого тела стемпературой t1 ко второму телу (или газовой среде) с температурой t2 определяется соотношением:Pл=Coεпрϕ12S1{[(t1+273)/100]4-[(t2+273)/100]4},(6.8)где Co=5.673 Вт/м2град4 - коэффициент излучения абсолютно черноготела, εпр - приведенная степень черноты поверхностей тел, участвующих втеплообмене, ϕ12 - коэффициент взаимной облученности тел.При теплообмене неограниченных плоскопараллельных пластин, поверхности которых характеризуются степенями черноты ε1 и ε2, приведенная степень черноты:εпр=1/(1/ε1+1/ε2-1)(6.9)Для теплообмена в замкнутом пространстве:εпр=1/[1/ε1+(1/ε2-1)S1/S2],(6.10)где S1, S2 - площади поверхностей первого и второго тел, Значениястепени черноты некоторых материалов приводятся в справочных данных.Коэффициент φ12 показывает, какая часть теплового потока, испускаемаянагретым телом, поглощается холодным.

Как правило, в расчетах тепловыхрежимов РЭС полагают φ12 =1 .Для практических расчетов выражение (5.32) преобразуется к виду:Pл=αлS1(t1-t2),(6.11)где αл= εпр φ12 f(t1, t2)- коэффициент теплопередачи излучением,f(t1, t2)= 5.637 {[(t1+273)/100]4-[(t2+273)/100]4 }/( t1-t2) (6.12)66.5. Определение конвективногои лучевого коэффициентовтеплопередачи по номограммамМоделирование процесса теплообмена между конструкциями РЭС исредой для меняющихся в широких пределах исходных данных, позволилонайти аппроксимирующие выражения конвективных и лучевых коэффициентов теплопередачи в виде функций конструктивных параметров, по которым построены номограммы, позволяющие легко находить эти коэффициенты.Многообразие номограмм определяется различием в подходах к решению задачи расчета теплообмена. Применяются номограммы для определения отдельно αк и αл, и номограммы позволяющие найти эквивалентные коэффициенты теплопередачи, учитывающие перенос тепла одновременно конвекцией и излучением.Структура номограммы и схема определения конвективного коэффициента теплопередачи αк в условиях естественной конвекции в неограниченном пространстве изображена на рис.6.1.Рис.6.1Рис.6.2Для определения αк необходимо задать начальный перегрев поверхности теплообмена ∆t=t1-t2, где t1 - температура на поверхности теплообмена, t2 - температура окружающей среды, вычислить среднее значениетемпературы окружающей среды tср=0.5(t1+t2) и определяющий размер7нагретого тела (конструкции)L=(S/6)1/2 , где S - площадьповерхности теплообмена.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций