Реферат: Тепло и массообмен в РЭА с перфорированным корпусом
Реферат: Тепло и массообмен в РЭА с перфорированным корпусом
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
.................................................…………………………
1. Анализ исходных данных
.................................. ……………..
2. Расчет тепловых режимов аппарата
......................…………..
2.1. Вычисление геометрических параметров
................………
2.2. Определение объемного и
массового расхода воздуха ...…
2.3. Проводимость между воздухом
внутри аппарата
и окружающей средой
.................................………………..
2.4. Определение тепловых
коэффициентов ..................……….
2.5. Определение перегревов и
температур нагретой зоны
и корпуса
аппарата……………………………………………
Заключение…………………………………………………………
Список используемых источников
..........................……………..
ВВЕДЕНИЕ
Большинство радиотехнических устройств, потребляя от
источников питания мощность,
измеряемую десятками, а иногда и
сотнями ватт, отдают полезной
нагрузке от десятых долей до единиц
ватт. Остальная электрическая
энергия, подводимая к аппарату,
превращаясь в тепловую, выделяется
внутри аппарата. Температура
нагрева аппарата оказывается выше
температуры окружающей среды, в
результате чего происходит процесс
отдачи теплоты в окружающее
пространство. Этот процесс идет
тем интенсивнее, чем больше
разность температур аппарата и
окружающей среды.
Специалисты в области создания
новых радиоэлектронных
аппаратов знают, что расчеты
теплового режима аппаратов столь же
необходимы, как и расчеты, связанные
с функциональным назначением
их.
Интуитивные методы проектирования РЭС и в частности
реализация нормального теплового режима складывались годами. Такой подход в
настоящее время оказывается не в состоянии обеспечить выбор в исключительно
сжатые сроки безошибочных, близких к оптимальным решений.
Известно, что надежность элементов радиоэлектронной
аппаратуры сильно зависит от температуры окружающей среды. Для каждого типа
элемента в технических условиях указывается предельная температура, при
превышении которой элемент нельзя эксплуатировать. Поэтому одна из важнейших
задач конструктора радиоэлектронной аппаратуры состоит в том, чтобы обеспечить
правильные тепловые режимы для каждого элемента.
Целью
данной курсовой работы является получение навыков теплового расчета на примере
аппарата с перфорированным корпусом.
1. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
Дан аппарат с перфорированным
корпусом. Размеры корпуса: L1 = 500 мм; L2 = 300 мм; L3
= 490 мм. Размеры шасси: l1 = 480 мм; l2 = 200 мм; h =
120 мм. Перфорационные отверстия расположены по бокам корпуса по 12 с каждой
стороны. Перфорационное отверстие показано на рисунке:
Рисунок 1.
Перфорационное отверстие
Размеры
отверстия: высота 10 мм, длина ( без полукругов ) 45 мм. Температура окружающей
среды tc = 26 оС. Мощность источников теплоты в аппарате
Ф = 100 Вт. Внутренние поверхности аппарата покрыты эмалевой краской,
коэффициент заполнения Кз = 32%.
2. РАСЧЕТ
ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ АППАРАТА
2.1.
Вычисление геометрических параметров
2.1.1.
Среднее расстояние между отверстиями для подвода-отвода воздуха.
Используя исходные
данные, получим:
hср = 100 + 150 + 100/3 ~
117 мм = 0,117 м.
2.1.2. Суммарная площадь
перфорационных отверстий.
Используя исходные данные находим площадь одного
перфорационного
отверстия:
Ап = 45×10 + pR2 = 450 + 3,14×52 = 528,5 мм2 » 5,3×10-4 м2.
Используя исходные
данные, определяем:
Авх = Авых = 12×5,3×10-4 = 6,36×10-3 м2.
2.1.3. Площадь
поверхности корпуса.
Ак = 2(L1L3
+ L2L3 + L1L2); (1)
Подставляя известные
величины в формулу (1), получим
Ак = 2(0,5×0,49 + 0,3×0,49 + 0,5×0,3) = 1,08 м2.
2.1.4. Площадь поверхности омываемых воздухом деталей и шасси
(нагретой зоны).
Ав = 2(l1h + l2h
+ l1l2); (2)
Подставив известные
величины в (2), имеем
Ав = 2(0,48×0,12 + 0,2×0,12 + 0,48×0,2) = 0,36 м2.
2.1.5. Площадь поперечного сечения порожнего аппарата,
свободная для прохода воздуха:
Аап = L1L3
- l1h; (3)
Используя исходные
данные, из (3) получим:
Аап = 0,5×0,49 - 0,48×0,12 = 0,19 м2.
2.2. Определение объемного и
массового расхода воздуха
Выделяемая деталями РЭС тепловая энергия передается
конвекцией воздуху, омывающему их поверхности, а излучением - внутренней
поверхности корпуса. В результате нагревания воздуха его плотность уменьшается
по сравнению с плотностью воздуха вне аппарата, появляется разность давлений
и воздух через верхние отверстия или жалюзи в корпусе выходит из аппарата,
а на его место поступает холодный воздух через нижние отверстия в корпусе. В
установившемся режиме перепад давлений, вызванный самотягой,
уравновешивается гидравлическими потерями на всех участках РЭС.
2.2.1. Определим среднюю площадь поперечного
сечения аппарата, свободную для прохода воздуха: Аср = Аап(1
- Кз); (4)
На основании исходных данных и данных, полученных в
результате вычисления, из формулы (4) следует, что
Аср = 0,19(1 - 0,32) =
0,13 м2.
2.2.2. Определим
гидравлическое сопротивление.
Для типичных РЭС, среднеобъемная температура воздуха которых
t ~ 40 oC, а температура среды ~ 24 оС, была проведена
оценка гидравлических сопротивлений [1] и получена приближенная формула:
(5)
Подставляя в формулу (5) полученные в результате расчета по
п.2.1 и п.2.2.1 данные, получим:
2.2.3. Массовый расход
воздуха:
Массовый
расход воздуха определим по приближенной формуле (6), полученной в результате
экспериментальных данных [1]:
____
G = 1,36Ö h/R ; (6)
Подставив известные
величины, получим:
_____________
G = 1,36Ö 0,117/6,677104 = 1,8×10-3 кг/с.
2.2.4. Объемный расход
воздуха
Объемный расход воздуха
найдем по формуле (7):
GV
= G/r, (7)
где r = 1,28 кг/м2
определен для t = 40 oC из таблицы А3 [1].
Таким образом : GV
= 1,8×10-3/1,28 = 1,41×10-3 м3/с = 1,41
л/с.
2.3.
Проводимость между воздухом внутри аппарата и окружающей средой
Определяется по формуле
(8):
W = 103×G;
(8)
в формулу (8) полученный в п.2.2.3 массовый расход воздуха,
получим: Подставляя получаем : W = 103×1,8×10-3 = 1,8 Вт/К.
2.4. Определение тепловых
коэффициентов
Для
определения температур в аппарате со свободной вентиляцией следует использовать
уравнения (9):
(9)
Параметры А1,
А3, F1, F3 имеют следующую структуру:
(10)
Параметры B и D, входящие в формулы (10), можно определить
так:
; (11)
; (12)
Анализ экспериментальных данных [1] показал, что при
свободной вентиляции РЭС значения коэффициентов конвективной теплоотдачи между
зоной и воздухом, корпусом и воздухом внутри аппарата примерно равны a12к
= a23к = 6 Вт/(м2×К), тогда
s12к = 6А1, s23к = 6А3, а s3с = 9А3. Подставляя в
(10)
приближенные значения проводимостей,
получим уравнения (13):
(13)
В нашем
случае А1 = Ав; А3 = Ак. Подставляя
известные величины в уравнения (13), получим:
Определим тепловые коэффициенты:
2.5.
Определение перегревов и температур нагретой зоны и корпуса аппарата
2.5.1.
Средний поверхностный перегрев нагретой зоны Определим по формуле (14):
q1 = F1Ф; (14)
Подставляя известные
величины, получим
q1 = 0,137100
= 13 К.
2.5.2.
Средний поверхностный перегрев корпуса аппарата Определим по формуле (15):
q3 = F3Ф; (15)
Подставляя известные величины,
получим
q3 = 0,047100 = 4 К.
2.5.3.
Средняя температура нагретой зоны
Определим по формуле
(16):
t1
= tc + q1;
(16)
Подставив известные
величины в (16), получим t1 = 26 + 13 = 39 оС.
2.5.4.
Средняя температура корпуса аппарата Определим по формуле (17):
t3
= tc + q3;
(17)
Подставив известные
величины в (17), получим
t3 = 26 + 4 =
30 оС.
На
основании данных, полученных в п.2.5, строим график тепловых характеристик
корпуса и нагретой зоны аппарата.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной курсовой работе был проведен расчет тепловых режимов
аппарата с перфорированным корпусом для получения практических навыков тепловых
расчетов радиоэлектронных устройств, так как для обеспечения стабильной и
безотказной работы в течении всего срока эксплуатации любого радиоэлектронного
устройства требуется правильно обеспечить тепловой режим работы электронных
компонентов данного аппарата.
В
результате расчета были определены:
-
средний поверхностный перегрев нагретой зоны;
-
средний поверхностный перегрев корпуса аппарата;
-
средняя температура нагретой зоны;
-
средняя температура корпуса аппарата;
-
массовый расход воздуха через аппарат;
-
объемный расход воздуха.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре.
- М.: Высшая школа, 1984 г.
2. Фрумкин Г.Д. Расчет и
конструирование радиоаппаратуры. -
М.: Высшая школа, 1989 г.
3. Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и
микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры. - Л.: Энергоатомиздат, 1984 г.
4. Стандарт предприятия. Проекты (работы) дипломные и
курсовые. Правила оформления. - Тамбов: ТГТУ, 1997 г.
|