Тема 6 Основы обеспечения нормальных тепловых режимов РЭА (560684), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Методы расчета тепловых режимов конструкций РЭСДля конструкций РЭС наиболее жестким является стационарный тепловой режим, когда температуры и перегревы в конструкции достигаютмаксимальных значений. Поэтому одной из основных задач расчета показателей теплового режима является определение температур в некоторыхкритических точках конструкции или построение тепловой характеристики.Как уже отмечалось, под тепловой характеристикой конструкций РЭСв стационарном режиме понимают зависимость температуры или перегреваjой точки (области конструкции от теплового потока при заданной температуре окружающей среды tсtj=tс+f(P) , ∆tj=tj-tс=f(P).При передаче тепла теплопроводностью, конвекцией и излучением∆tj=P/σΣгде σΣ=σт+σк+σл - эквивалентная тепловая проводимость между j-ойточкой конструкции и окружающей средой.Ввиду того, что составляющие σΣ зависят как от температуры tj так иот температуры окружающей среды tс, то задача расчета tj и ∆tj в общемслучае является неопределенной.

Для исключения неопределенности используются специальные приемы, положенные в основу трех методов расчета показателей теплового режима: метода последовательных приближений, метода тепловой характеристики и коэффициентного метода.Метод последовательных приближений представляет собой итеративный процесс установления соответствия с некоторой наперед заданнойточностью между температурой tj или перегревом ∆tj, эквивалентной тепловой проводимостью σΣ и тепловым потоком P.Начальное значение перегрева ∆t'j (температуры t'j) j-ой точки илиобласти конструкции задают произвольно, после чего находят σ'Σ и расчетное значение перегрева ∆t'jp (температуры t'jp) в первом приближении∆t'jp =P/ σ'Σ; t'jp =tс+P/ σ'Σ.14При выполнении неравенства │ ∆t'j - ∆t'jp │≤δ, где δ =(1...2)oС за истинное значение перегрева принимают t'j или t'jp.

Если неравенство не выполняется, расчет повторяется во втором приближении при ∆t''j=∆t'jp.Более подробно порядок решения задачи можно представить следующим образом:- задают значение перегрева ∆t'j в первом приближении;- для среднего значения температуры окружающей средыt'ср=0.5[tс+(tс+∆t'j)] с помощью критериальных уравнений или по номограмме определяют конвективный коэффициент теплопередачи α'к;- для температуры t'j=tс+∆t'j находят коэффициент теплопередачи излучением α'л;- определяют коэффициент теплопередачи теплопроводностью αт иэквивалентную тепловую проводимость σ'Σ=αтSср+α'кS+α'лS, где S площадь поверхности теплообмена;- находят расчетное значение перегрева для заданного теплового потока ∆t'jp=P/σ'Σ;- проверяется условие │ ∆t'j - ∆t'jp │≤δ, где δ - допустимое отклонение расчетного значения перегрева от принятого в первом приближении;если неравенство не выполняется, то повторяют расчет во втором приближении при ∆t''j=∆t'jp.Количество приближений зависит от величины δ и того, насколькоудачно задано значение перегрева в первом приближении.Метод тепловой характеристики состоит в построении по расчетнымданным зависимости ∆tj=f(P), по которым для любого значения тепловогопотока P можно найти перегрев и температуру j-ой точки или области конструкции.Для построения тепловой характеристики задаются произвольнымзначением перегрева ∆t'j, как и в методе последовательных приближений,находят эквивалентную тепловую проводимость между j-ой точкой и окружающей средой σ'Σ, затем - тепловой поток P'= σ'Σ ∆t'j, который способна рассеять конструкция при данных условиях теплообмена.

Значения∆t'j и P' являются координатами одной точки, лежащей на тепловой характеристике, второй точкой служит начало координат. Таким образом, тепловая характеристика представляет собой прямую, проходящую через началокоординат и точку с координатами ∆t'j и P' (рис.5.22).По тепловой характеристике может быть найден перегрев и температура j-ой точки или областиконструкции при любом заданном значении теплового потока.15Исследования показывают, что тепловые режимы РЭС характеризуются достаточно высокой стабильностью и зависят от ряда факторов, относящихся к самой конструкции (геометрические размеры, коэффициент заполнения, структура нагретой зоны, значение теплового потока) и условиямэксплуатации (температура а давление окружающей среды).Изучение влияния на показатели теплового режима определяющихфакторов на физических и теоретических тепловых моделях конструкцийпри изменении факторов в широких пределах позволило установить закономерности, положенные в основу методики расчета тепловых режимовконструкций РЭС определенных классов.Математической базой методики служат следующие выкладки.

Пустьдля некоторой типовой конструкции при номинальных значениях определяющих параметров x01,x02,...,x0n тепловая характеристика имеет вид:t0=t0(x01,x02,...,x0n).При бесконечно малых изменениях каждого параметра показатель теплового режима получит приращениеnd t0 = ∑i =1∂ t0∂ x0 id x0 iили в конечных приращенияхnni =1i =1∆ t 0 = ∑ Ai∆ x0i = ∑ ∆ t 0iгде Ai - коэффициент влияния параметра x0i на показатель тепловогорежима, ∆t0i - приращение показателя теплового режима, обусловленноеизменением параметра x0i.Новое значение показателя теплового режима можно представить ввиде16t=t0+∆t0=t0(1+Σ∆t0i/t0)При условии, что ∆t0i/t0<<1,t=t0·П(1+∆t0i/t0)=t0·П(t0+∆t0i)/t0 .Ввиду того, что t0+∆t0i=ti - значение показателя теплового режимапри изменении параметра x0i , а отношение ti/t0=Кi - парциальный коэффициент показателя, тоt=t0·П Кi .В виду того, что одним из основных показателей теплового режимаявляется температурный перегрев, то используемое в коэффициентном методе расчетное соотношение записывается в виде:∆t=∆t0·П Кi .Начальное значение перегрева ∆t0 определяют по тепловой характеристике для типовой конструкции.

Тепловая характеристика строится в координатах ∆t и поверхностной плотности теплового потока Ps=P/S где S площадь поверхности теплообмена.Значения коэффициентов Кi обычно даются в виде графиков зависимостей от того или иного определяющего параметра.На рис.5.24 приведены графики для определения коэффициентов площади поверхности теплообмена конструкции Кs (а), степени черноты поверхности Кε (б) и давления окружающей среды Кн (в) .17На рис.5.25 дана тепловая характеристика типовой конструкции.При использовании коэффициентного метода следует иметь в виду,что область его применения ограничивается тем классом конструкций, длякоторых определены коэффициенты.5.3 Системы охлаждения конструкций РЭС5.3.1.

Классификация и эффективность систем охлажденияСистемой охлаждения называется совокупность устройств и конструктивных элементов, используемых для уменьшения локальных и общихперегревов.Системы охлаждения принято классифицировать по способу передачитепла, виду теплоносителя и характеру контакта теплоносителя и источника тепла.В зависимости от способа передачи тепла и вида теплоносителя системы охлаждения подразделяют на конструктивные, воздушные, жидкостные, испарительные, комбинированные.В зависимости от характера контакта теплоносителя и источника тепла различают: системы охлаждения прямого и косвенного действия.Кроме того, все системы охлаждения принято делить на системы общего и локального назначения, с замкнутым (теплоноситель циркулирует в18системе охлаждения) и разомкнутым (теплоноситель выбрасывается изсистемы охлаждения) циклом.Воздушные системы охлаждения в свою очередь подразделяются насистемы естественного воздушного охлаждения, системы охлаждения с естественной вентиляцией и системы принудительного воздушного охлаждения.Жидкостные и испарительные системы охлаждения также делятся насистемы естественного жидкостного (испарительного) охлаждения и системы принудительного жидкостного (испарительного) охлаждения.Особый класс представляют собой системы охлаждения, основанныена использовании эффекта Пельтье.Эффективность системы охлаждения может быть оценена поверхностной плотностью теплового потока, уносимого теплоносителем из РЭС.Для различных систем охлаждения плотность теплового потока характеризуется следующими величинами (табл.5.7).Таблица 5.7Вид системы охлажденияПлотность теплового потока PЕстественное воздушное охлаждение0.2Принудительное воздушное охлаждение 1.0Жидкостные системы охлаждения20Испарительные2005.3.2.Выбор способа охлаждения на ранних стадиях разработкиВвиду того, что способ (система) охлаждения в значительной мере определяет структуру конструкции РЭС, то уже на ранних стадиях разработкиважно правильно выбрать способ охлаждения.

Выбранный способ охлаждения должен обеспечить нормальный тепловой режим конструкции РЭС.Если в выборе способа охлаждения будет допущена ошибка, то трудбольшого коллектива разработчиков окажется напрасным, а сроки разработки конструкции и ее стоимость существенно возрастут.

Поскольку наранних стадиях разработчики располагают минимальной информацией оконструкции, то становится очевидной ответственность и одновременносложность задачи выбора системы охлаждения.Начальное представление о способе охлаждения можно составить поданным табл.5.7.

Характеристики

Список файлов лекций