Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







КЛАССИФИКАЦИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ





КЛАССИФИКАЦИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

1963г. РЭА – широкий класс изделий, в которых используют преимущественно электромагнитные сигналы для передачи, приёма и преобразования информации.

 

  1. Конструкция РЭА – упорядоченная статистическая комбинация исходных свойств и их взаимодействий, обеспечивающих заданное динамическое преобразование физической природы сигналов преимущественно электромагнитной природы.

 

Особенности конструкции РЭА определяются областью её использования, схемотехническим назначением, используемой конструктивной базой.

 

Область использования РЭА

Область использования и объекты-носители РЭА определяют параметры конкретного микроклимата в месте расположения РЭА. (легче всего – отапливаемые помещения в стационарных условиях)

 

Стационарная и переносная РЭА, предназначенная для работы на поверхности земли, должна иметь в конструкции защитные корпуса с уплотнением и элементную базу, обеспечивающую нормальную работу при воздействии климатических факторов.

 

Возимая РЭА для наземных транспортных средств подвергается воздействию вибраций, ударов и ускорений. Возможно воздействие пыли, паров бензина и масел.

 

Корабельная РЭА – требует влагонепроницаемых корпусов и уплотнения осей органов управления.

 

Самолётная и вертолётная РЭА – должна работать при пониженном атмосферном давлении, воздействии росы и инея, тумана, вибраций, ударов и других воздействий, определяемых конструкцией летательного аппарата.

Ракетная и космическая РЭА – требует особой надёжности и защищённости от внешних воздействий: невесомость, радиация, ускорения, перепады температур, пыль, влага, размеры.

 

Назначение РЭА

Основные области применения РЭА:

-радио-оптическая и проводная связь

-радиоуправление

-радиотелеметрия - получение информации о работе и состоянии объектов и моделей с помощью специальных преобразователей и линий связи. Должна быть точной, обладать высоким быстродействием, быть малогабаритной и экономной.

-радиометеорология

-радиолокация

-радионавигация

-радиоастрономия

 

ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА И ЕЁ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА РЭА

Климат, климатические зоны, и характерные группы эксплуатации

Климат – характерная для данной области (региона) на поверхности Земли совокупность типичных изменений атмосферных процессов, обуславливаемых географическими координатами, уровнем солнечной радиации, строением земной поверхности, вертикальным теплообменом и др. определяющими факторами за длительное время.

Выделяют:

А) Макроклимат (горы, моря, и т.д.)

Б) Мезоклимат (местные факторы)

В) Микроклимат

Основополагающие – микроклимат и мезоклимат

 

Основные климатические факторы:

-солнечная радиация

-температура

-влажность, движение воздушных масс, наличие примесей

-образование снега, тумана, инея

-плесневые грибки

 

  1. Солнечная радиация

(интегральная плотность светового потока)

Колебания солнечной радиации приводит к изменению температуры. Если повышение температуры происходит менее чем на 3 градуса, то считается, что воздействие солнечной радиации отсутствует.

  1. Температура

Различают:

-эффективную температуру внешней среды

-температуру для расчётов изделий

-среднюю температуру за многолетний период

-температуру внешней среды при эксплуатации

ГОСТ 15150-69

Для изделий с естественным воздушным охлаждением температура внешней среды – это температура среды на уровне расположения РЭА.

  1. Относительная влажность воздуха

Отношение кол-ва водяного пара при данной температуре в данном объёме к их максимальному количеству.

  1. Абсолютная влажность

Кол-во водяного пара в 1м3

  1. Точка росы

Температура, при которой наступает пересыщение (влажность = 100%)

  1. Осадки

Бывают жидкие (дождь, роса, туман) и твёрдые (снег, град, иней)

Возникают вследствие охлаждения ниже точки росы.

Капельки малых размеров – туман – висят в воздухе при охлаждении поверхности земли охлаждаются и образуют росу. Если Т<<Т росы, то образуется снег, град или иней.

7. Ветер

Горизонтальное движение воздуха, которое характеризуется направлением и силой. Наличие твёрдых или газообразных примесей существенно влияет на характер воздействия воздушной среды на РЭА.

8. Пыль

- до 20 мкм – тонкая пыль

- более 20 мкм – грубая пыль

9. Плесневые грибки

Способны разлагать высокомолекулярные естественные (древесина) и искусственные (пластмасса) соединения и нарушать работу РЭА.

 

Макроклиматические районы

  Для районов с умеренным климатом У
  Умеренный и холодный климат УХЛ
  Влажный тропический климат ТВ
  Сухой тропический климат ТС
  Влажный тропический и сухой тропический Т
  Для районов на суше, кроме районов с очень холодным климатом О
  Умеренно холодный морской климат М
  Тропический морской климат ТМ
  Умеренно-холодный и тропический морской климат ОВ
  Во всех районах В
Укрупнённые категории Дополнительные категории
Характеристика Обозначение Характеристика Обозначение
Для эксплуатации на открытом воздухе   Для хранения в процессе эксплуатации в помещениях категории 4 и работы как в условиях категории 4, так и (кратковременно) в других условиях, в т.ч. на открытом воздухе 1.1
Для эксплуатации под навесом или в помещениях, где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе и имеется сравнительно свободный доступ к наружному воздуху (палатка, кузов), а также изделия категории 1 в оболочке, при отсутствии прямого воздействия солнечного излучения и осадков.   Для эксплуатации в качестве встроенных элементов внутри комплексных изделий категории 1, 1.1, 2, конструкция которых исключает возможность конденсации влаги на встроенных элементах. 2.1
Для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности, а также воздействие песка и пыли меньше, чем на открытом воздухе.   Для эксплуатации в нерегулярно отапливаемых помещениях. 3.1
Для эксплуатации в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями (закрытые отапливаемые и вентилируемые производственные помещения).   Для эксплуатации в помещениях с кондиционируемым или частично кондиционируемым воздухом. 4.1
Для эксплуатации в лабораторных, капитальных, жилых и др. помещениях подобного типа. 4.2
Для эксплуатации в помещениях с повышенной влажностью (невентилируемые подземные помещения, в т.ч. шахты, подвалы, почва, судовые, корабельные и др. помещения), в которых возможно длительное наличие воды или частая конденсация влаги.   Для эксплуатации в качестве встроенных элементов внутри компактных изделий категории 5, конструкция которых исключает конденсацию влаги на встроенных элементах 5.1

 

Песок и пыль

Максимальная опасность исходит не от крупных частиц пыли и песка (у них меньше острых граней), а от мелких, взвешенных в атмосфере с величиной зерна 1-40мкм.

Попадание мелких частиц песка и пыли в подшипник выводит его из строя. В контактах это препятствие нормальной работе реле и переключателей.

На поверхности изоляционных материалов – паразитная проводимость.

На поверхности металлических деталей – приводит к стиранию защитной поверхности и последующей коррозии.

В тропических условиях пыль может быть питательной средой для плесневых микроорганизмов.

Пыль в пустыне более твёрдая и абразивная.

При значительной запыленности, повышенной температуре пыли, наличии кислорода и источника энергии – пыль взрывоопасна.

 

Оптисальные условия работы РЭА – это обеспыленная среда с постоянной температурой.

 

Солнечная радиация

Различают 2 группы воздействия:

- фотолитическая. Фотолитическоевоздействие характеризуется избирательным поглощением солнечных лучей. Воздействие фотонов приводит к отрыву фотоэлектронов и разрыву молекулярных связей, следствием чего является изменение цвета ряда полимерных материалов, хрупкости, нарушению лакокрасочных покрытий нарушение прочности.

- фотоокислительная. Фотоокислительное воздействие – это разрыв химических связей при определённом воздействии излучения, кислорода, воздуха и влаги. Как результат – ускорение процессов коррозии.

 

Перегрев РЭА до 25-30град. От поглощения энергии происходит за счёт воздействия излучения солнца, излучения, рассеянного и отражённого атмосферой, тёплых слоёв воздуха, излучения от грунта.

 

Биологические факторы

К биологическим факторам относят:

-плесневые грибки. Основное условие образования – высокая влажность (80-100%), наличие питательной среды и малая освещённость. Изоляционные материалы на основе целлюлозы при воздействии плесневых грибков ухудшают свои механические и электрические параметры и могут разрушаться.

-насекомые. Редко повреждают РЭА, самыми опасными являются термиты (в тропических условиях). Наиболее эффективная защита от термитов это бетонный фундамент, пропитка деревянных материалов и специальная пластмасса, специальные пропитки ядом от термитов.

Опасность летающих насекомых в том, что они летят на источники тепла и света. В связи с этим вентиляционные и другие отверстия следует закрывать мелкой сеткой.

-грызуны. Повреждают кабели и пластмассовую и неармированную резиновую изоляцию. Для защиты применяют стальную оплётку, но обычно повреждение не превышает 2%.

 

Воздействие полей СВЧ

В электромагнитном поле СВЧ ряд определённых свойств материалов существенно изменяется за счёт поверхностного (скин) эффекта. Уменьшается проводимость металлов и сплавов.

За счёт поляризации изменяется диэлектрическая проницаемость, увеличиваются диэлектрические потери, следовательно, свойства материала ухудшаются.

За счёт гиромагнитного эффекта изменяется магнитная проницаемость ферритов.

Металлические материалы в СВЧ используются в качестве проводниковых поверхностей.

Поверхностный эффект – уменьшение плотности тока СВЧ в направлении от поверхности внутрь проводника по экспоненциальному закону. Глубина проникновения зависит от длины волны СВЧ поля.

Потери энергии СВЧ определяются величиной удельного активного сопротивления:

Где - электропроводность материала.

Проводимость материала зависит от вида обработки токонесущих поверхностей.

При выборе способа обработки токонесущей поверхности следует учитывать, что после чистовой механической обработки образуется поверхностный слой толщиной до десятков мкм с размельчёнными до 0,01мкм зёрнами металла. Такой слой будет …

 

Диэлектрические материалы широко используются в качестве заполнителей, герметиков, покрытий, поглотителей мощности.

 

Для миниатюризации устройств СВЧ их заполняют титановыми соединениями, имеющими более высокие значения диэлектрической проницаемости.

 

Ферриты используются для создания различного рода устройств СВЧ (модуляторы, переключатели и др.).

 

Ферриты – это твердые хрупкие материалы с механическими свойствами близкими к керамике.

 

По химическим свойствам ферриты можно разделить на:

-никелевые

-бариевые

-магниевые и др.

 

К основным параметрам ферритов относятся:

-ширина линии ферромагнитного резонанса – 2дН

-намагниченность при насыщении – I

- относительная диэлектрическая проницаемость – эпсилон

-угол диэлектрических потерь – тангенс тетта

-точка кюри – O’

-магнитная индукция – В

-остаточная магнитная индукция – В1

-коэрцитивная сила – Н

-относительная магнитная проницаемость – мю

-удельное электрическое сопротивление

 

Никелевые ферриты используются в диапазоне миллиметровых и сантиметровых волн, обладают высокой термостабильностью.

Основной недостаток – большие потери.

Магниевые ферриты применяются в сантиметровом диапазоне. Т.к. длина волны больше, то нагреваются они сильнее, следовательно, термостабильность у них ниже. Обладают малыми магнитными и диэлектрическими потерями, высоким коэффициентом прямоугольности.

Магниевые ферриалюминаты используются в длинноволновой части диапазона, характеризующимся малыми значениями индукции при насыщении.

Основной недостаток – низкая термостабиоьность.

Никелевые феррохромиты – применяются в резонаторах, устойчивых к высокому уровню мощности.

Иттриевые феррогранаты используются в низкочастотной области СВЧ.

 

Ионизирующее излучение

Ионизирующее излучение – любое излучение, при воздействии с которым происходит процесс ионизации среды.

Излучение делится на:

1) первичное – приходит от источника излучения

2) вторичное – излучается облучённым материалом

Ионизирующие излучения могут быть электромагнитными в виде гамма- и рентгеновского излучения, корпускулярными в виде потока частиц с массой покоя от нуля (альфа и бета излучение)

Ионизирующее излучение характеризуется:

-полем

-потоком ионизирующих частиц (Фн)

-плотностью потока (фи-н)

-поток энергии (Фии)

-плотность потока энергии (фи-ии)

-перенос ионизирующих частиц (Fн)

-перенос энергии (Fии)

 

Поток ионизирующих частиц

dN – число ………………………………………………..

всякие формулы

……………………………………………………………..

Взаимодействие ионизирующего излучения со средой оценивается поглощённой дозой D и мощностью поглощённой дозы P

…………………..опять формула………………………..

Наиболее опасным для работы устройств является гамма и рентгеновское излучение. Опасность состоит в том, что они приводят к необратимым последствиям – устройства выходят из строя.

 

При рассмотрении ионизирующего излучения вводятся следующие понятия:

Радиационный эффект – это изменение значений параметров изделий и материалов в результате воздействия ионизирующего излучения.

Ионизационный эффект – радиационный эффект, обусловленный ионизацией и облучением атома вещества.

Радиационный дефект – дефекты, вызванные воздействием радиации, которые могут иметь обратимый и необратимый характер.

Радиационный разогрев – появление дефектов под воздействием излучения, связанное с разогревом материала.

При воздействии гамма излучения наблюдается увеличение носителей заряда, что влечёт к увеличению проводимости как проводников, так и диэлектриков и полупроводников.

 

 

Влияние ИИ на резисторы

При воздействии на резисторы могут возникать как обратимые, так и необратимые изменения сопротивления. Может увеличиваться уровень шумов и улучшаться влагостойкость материала.

Основные причины выхода из строя резисторов – деградация электрофизических характеристик резистивного или влагоустойчивого материала.

Гамма-излучение как правило вызывает обратимые изменения. При воздействии поля его резистивность уменьшается, но при снятии поля его характеристики восстанавливаются.

Наиболее устойчивыми к ИИ являются керамические и проволочные резисторы.

Наименее устойчивые – органические и плёночные.

 

Влияние ИИ на конденсаторы

-изменение тангенса диэлектрических потерь

-изменяется ёмкость

Основные причины – преобразования в структуре диэлектрика, ионизация диэлектриков и выделение газов.

 

Наиболее стойкие к излучению конденсаторы с неорганическим диэлектриком: керамические, стеклоэмалевые, слюдяные. Время восстановления для таких конденсаторов менее двух часов.

Конденсаторы с органическим диэлектриком (бумажные, полистироловые) обладают пониженной устойчивостью к излучению. Причиной этого является разложение полимерных материалов. Время восстановления составляет 200-300ч (причём восстановление не полное).

Электролитические конденсаторы при облучении ненадёжны, отмечаются случаи разгерметизации и разложения электролита.

Наиболее устойчивые из интегральных тонкоплёночных конденсаторы на основе Al2O3.

 

Общие положения

При анализе и синтезе конструкций РЭА чаще всего необходимо представлять исходные материалы в виде графических и знаковых моделей (рисунки и графики, формулы и таблицы).

График – это двух- или трёхмерное изображение двух или трёх групп параметров в виде одной или семейства линий или поверхностей.

График обладает наивысшей степенью наглядности. Значения параметров могут быть как качественными, так и численными.

Уравнение – символьная запись связи многих групп параметров.

Формула – символьная запись ограниченного числапараметров для конкретной системы единиц, часто включающих в себя какие-то системы единиц.

Формулы обладают наивысшей степенью определённости, но пригодны в узкой области.

Таблица – форма записи числовых значений взаимосвязанных параметров. Составляется по экспериментальным данным либо по результатам вычислений.

 

Графически наиболее распространёнными являются 3 системы координат:

1) Декартова

2) Цилиндрическая

3) Сферическая (двух- и одномерные случаи)

В номограммах и сложных графиках используются косоугольные и криволинейные системы координат (параболические и др.)

 

Оптимальный выбор графических или знаковых моделей и их пространств отображения позволяет дать наиболее компактное и наглядное представление о конструкции.

 

Анализ размерностей

В общем виде результат измерения можно представить как совмещение пространства размерностей с данной конструкцией.

Если свойства конструкции совпадают с соответствующими осями координат, то получаем безразмерное описание, если нет – вводятся дополнительные производные величины.

Вопрос о характере и числе единиц решается на основе целесообразности или удобства использования, при этом стоит помнить, что перевод из одной системы в другую связан с введением коэффициентов пропорциональности.

Основные размерности определены в системе СИ:

Длина – м

Время – с

Сила тока – А

Сила света – Кд

Температура - К

Зная размерности основных и производных величин можно проверить их правильность, определив размерность правой и левой части.

Пример:

Нахождение размерности для единицы расстояния S

S=м

V0=м/с

Пользуясь анализом размерности можно определить вид функциональной связи параметров

 

Пи-теорема

Теорема лежит в основе анализа размерностей.

Суть теоремы:

Если имеется функциональная зависимость n размерных параметров

F(q1,q2,..,qn)=0

То ей всегда соответствует эквивалентное соотношение m безразмерных параметров

Пи-теорема даёт возможность описать конструкцию не только в пространстве первичных параметров, но и вторичных.

Условия применения пи-теоремы:

В исходный список параметров должны быть включены все определяющие конструкцию величины, т.к. на промежуточных этапах анализа пи-теорема не позволяет этого сделать.

 

Число основных размерностей выбирается самым тщательным образом. Для упрощения желательно, чтобы в каждой обобщённой характеристике была только одна зависимая величина.

 

Метод подобия

Метод включает 2 теоремы, устанавливающие условия подобия и закон моделирования систем, принадлежащих заданному классу исследований.

1 теорема: У подобных явлений определённое сочетание параметров, в виде критерия подобия, одинаково.

2 теорема: Необходимым и достаточным условием подобия реальной системы и её модели является пропорциональность всех сходных характеристик.

Это означает, что если в совокупность граничных характеристик включаются граничные условия, то они должны быть подобны.

В соответствии с 1-ой теоремой признаками подобия физических систем является подобие отношений свойств материалов, сил, энергий и т.д.

 

Если исходная информация о конструкции неполная, неизвестно математическое описание или метод его решения, недостаточно изучено физическое содержание процесса, то одним из эффективных способов является модельный эксперимент.

 

В этом случае последовательно определяют основные процессы, подлежащие моделированию, законы и масштабы моделирования, требования к установке для моделирования и оценки точности для моделирования.

При моделировании необходимо учитывать следующие дополнения:

- сложные системы будут подобными, если составные части этих систем подобны;

- основные теоремы подобия оказываются справедливыми для нелинейных систем, если их безразмерные нелинейные характеристики совпадают.

- условия подобия однородных систем могут быть распространены на моделирование систем, если неоднородность сравниваемых систем одинакова.

 

Электромагнитные поля

Рассмотрим РЭА как некоторый объём V, содержащий электрическое поле, токи и заряды, характеризуемый некоторым потенциалом A, вектором количества электричества ϰ и скалярным потенциалом φ, который на границе S этого объёма принимают заданные значения.

Тогда для поля токов и зарядов получим:

Где вариации A, ϰ, и φ являются произвольными и независимыми внутри объёма V, а также на его границе.

При этом виртуальная работа определяется:

а функция Лагранжа равна:

i – плотность тока

σ – проводимость среды

∇ - оператор Гамильтона

Если учесть известные соотношения

 

то придём к системе уравнений Максвелла:

где divB=0;

divD=4πρ

D – вектор электрической индукции

Е – вектор электрической напряжённости

Н – вектор магнитной напряжённости

В – вектор магнитной индукции

ρ – плотность заряда

 

Тепловые поля

Основное уравнение теплопроводности может быть получено из общего принципа наименьшего действия. При теплофизических процессах часть энергии переходит в теплоту или рассеивается. В этом случае необходимо ввести функцию потерь.

Функция Рэлея

В частном случае необратимые потери в виде обобщённых сил трения равны:

С учётом рассеивающих процессов уравнение Лагранжа будет иметь следующий вид:

Используя термодинамику необратимых процессов можно дать толкование тепловых полей на основе вариационных принципов обобщённого силового поля.

Вариационный принцип решения задач по определению теплового поля сводится к интегрированию дифференциальных уравнений и формул Лагранжа по обобщённым координатам.

 

Тепло- и массообмен в РЭС

Основы тепло- и массообмена

Основные понятия и определения

Тепломассообмен – раздел физики, в котором рассматриваются процессы переноса теплоты (энергии) и массы (вещества)

Явления теплообмена связаны с не обратимым переносом энергии из одной части пространства в другую и вызваны разностью температур, а явление массообмена – с перемещением вещества из одной части пространства в другую и вызваны разностью концентраций.

 

Источники теплоты в РЭА

Потребляемая радиодеталями электроэнергия à электрические устройства и радиодетали (электромагнитная, механическая, тепловая и другие виды энергии; полезный сигнал (5-10%); теплота)

 

Закон Ньютона-Рихмана

Тепловой поток dФ от жидкости к элементу поверхности dA (или в обратном направлении) пропорционален площади элемента поверхности и разности температур.

α – коэффициент теплоотдачи

dФ – тепловой поток

dA – элемент поверхности

Δt – разность температур.

dФ/dA=q

Если параметры α и Δt не изменяются от точки к точке поверхности, то закон Ньютона-Рихмана записывается в интегральной форме:

Коэффициент теплоотдачи α

Величина, которая численно характеризует плотность теплового потока, которая рассеивается с поверхности твёрдого тела при разности с окружающей средой в 1°К. В СИ единицей является Вт/(м2*К).

 

Пограничный слой

При соприкосновении частиц жидкости с поверхностью тела они адсорбируются телом, как бы прилипают к его поверхности. В результате около поверхности вследствие вязкостных свойств образуется тонкий слой медленно движущейся жидкости – пограничный слой.

Пограничные слои:

- гидродинамический (если температура между средой и жидкостью примерно одинакова)

- тепловой (возникают в результате взаимодействия 2х сред с различными температурами)

РИС1.4

Гидродинамический пограничный слой – это пристенный слой жидкости толщиной δ, в котором происходит изменение скорости движения жидкости от нулевой (на поверхности тела) до значения v0 – скорости основного потока жидкости.

Пристенный слой жидкости толщиной δ, в котором происходит измeнение температуры от её значения tп на поверхности тела до температуры t0 основного потока жидкости, называют тепловым пограничным слоем жидкости.

δ – такое расстояние от стенки, на котором скорость потока v будет отличаться от скорости v0 набегающего потока, например, на 1%. В общем случае величины δ и δt не совпадают.

 

Режимы движения жидкости

- ламинарный

- турбулентный

При ламинарном движении отдельные струи потока располагаются параллельно друг другу.

При турбулентном потоке отдельные струи хаотически переплетены друг с другом.

РИС1.5

Характер режима течения зависит от нескольких параметров жидкости:

- вязкость μ

- плотность ρ

- скорость течения и размер тела, вдоль которого течёт эта жидкость.

Между частицами и слоями реальной жидкости, движущимися с различными скоростями, вследствие вязкости всегда возникает сила внутреннего трения (касательные напряжения), противодействующая движению.

dn – изменение концентрации частиц

Переход из турбулентного течения в ламинарное и обратно количественно характеризуется так называемым числом Рейнольдса – Re. При обтекании пластины при значении числа Рейнольдса Re>5*105 возникает турбулентность.

Зарождение турбулентности зависит от возмущений в потоке, которые могут существовать на подходе к передней кромке пластины к области самой кромки.

 

Значения некоторых коэффициентов теплоотдачи приведены в таблице:

Свободная конвекция:

в газах:……………………………………………………………………………2-10

в масле и других жидкостях той же плотности……………………………….200-300

в воде……………………………………………………………………………..200-600

Вынужденная конвекция:

в газах:…………………………………………………………………………...10-100

в масле и других жидкостях той же плотности………………………………300-1000

в воде…………………………………………………………………………….1000-3000

Кипение воды……………………………………………………………………….......5000-45000

Кольцевая конденсация водяных паров……………………………………………….4000-12000

Конденсация органических паров……………………………………………………..500-2000

 

Критериальные уравнения

Свойства среды для явления свободной конвекции описываются следующими параметрами:

- коэффициент термического расширения среды β;

- теплопроводность λ;

- теплоёмкость сp;

- плотность ρ;

- динамическая вязкость μ или u=μ/p

На основе теории подобия можно объединить физические и геометрические параметры в безразмерные комплексы, тот же процесс можно описать не десятью, а следующими тремя комплексами: числом Нуссельта Nu, числом Грассгофа Gr, исло Прандтля Pr:

Уравнение подобия или критериальное уравнение:

Nu=F(Gr,Pr)

Теплообмен при кипении

Теплообмен при кипении жидкостей на поверхностях нагрева твёрдых тел часто встречается в электронной технике.

Кипение – процесс образования пара при нагревании жидкости, при этом возникают новые свободные поверхности раздела жидкой и паровой фаз внутри жидкости.

Температура образующего газа – температура насыщения, определяется давлением, при котором находится кипящая жидкость.

На участке, неопределённо примыкающем к поверхности нагрева, температура жидкости может на расстоянии нескольких миллиметров измениться на десятки градусов.

Обычно температуру жидкости у стен принимают равной температуре стенки, а в удалённых от стенки областях – температура насыщения.

Перегрев жидкости вблизи стенки оказывается возможным из-за отсутствия постоянной поверхности раздела жидкости и пара.

На поверхности или вблизи неё возникают пузырьки. При этом центром парообразования могут служить шероховатости поверхности нагрева, пузырьки воздуха или газа, выделяющегося из жидкости, стенки, места случайного скопления молекул загрязнения и т.д.

Размеры пузырька быстро растут, и под влиянием подъёмной силы и конвективных токов он поднимается к свободной поверхности жидкости.

Температурный напор определяет механизм парообразования и интенсивность теплообмена.

Рассмотрим процесс кипения на примере опыта. Погруженная в воду при 100°С платиновая проволока нагревается проходящим через неё электрическим током.

 

Обоасть А – отсутствие парообразования или слабое образование пузырей. Здесь справедливы законы свободной конвекции некипящих жидкостей;

 

Б – пузырьковое кипение, при котором пар образуется в виде периодически зарождающихся и растущих пузырей, при этом интенсивно отводится теплота от поверхности кипения (рис. а);

В – нестабильное плёночное кипение. Как на поверхности нагрева, так и вблизи неё пузырьки сливаются между собой, образуя большие паровые полости, в отдельных местах поверхности возникают «сухие» пятна, и эти участки выключаются из теплообмена. Происходит резкое снижение теплового потока, температура проволоки повышается. Область В весьма неустойчива и не представляет большого интереса для технических приложений.

Г – стабильное плёночное кипение, вся поверхность нагрева покрывается сплошной плёнкой нара, испарение жидкости происходит на границе жидкость-пар, вызывая увеличение толщины паровой плёнки до тех пор, пока пар не отрывается от неё в виде беспорядочной массы пузырьков неправильной формы.

Максимальную тепловую нагрузку при пузырьковом кипении называют первой критической плотностью теплового потока и обозначают qкр1, а соответствующий температурный напор – критическим температурным напором. Для воды в точке а<qкр1 =900 кВт/м2, температурный напор равен 30 кВт/(м2К).

При обратном снижении q коэффициент теплоотдачи α по-прежнему сохраняется небольшим при значительно меньшей тепловой нагрузке.

Это указывает на значительную устойчивость плёночного режима кипения жидкости при снижении тепловой нагрузки.

Можно говорить о двух критических плотностях теплового потока qкр1 – переход от пузырьков к плёнке (а) и qкр2 – разрушение сплошного парового слоя и восстановление пузырькового режима кипения (в).

В областях между критическими точками возможно существование обоих процессов кипения на разных частях одной и той же поверхности нагрева.

Минимальную тепловую нагрузку при плёночном режиме кипения называют второй критической плотностью теплового потока и обозначают qкр2.

Критическая тепловая нагрузка определяется свойствами жидкости, скоростью потока, давлением, состоянием поверхности, условиями её смачиваемости и т.д.

На практике широко применяются методы отвода теплоты при кипении жидкости, движущейся внутри труб или каналов.

В этих случаях описанные выше процессы остаются в силе, но появляется ряд новых особенностей.

Важное значение приобретает характер распределения паровой и жидкой фаз внутри внутри трубы в виде однородной эмульсии (рис. а) и в виде двух самостоятельных потоков воды и пара (рис. б).

Из-за сложного взаимного влияния характера смеси, скорости движения, диаметра трубы и её ориентации, состояния поверхности тела простых и универсальных зависимостей получить не удалось.

При проектировании ракетно-космических систем, где происходят фазовые превращения жидкости, необходимо учитывать особенности теплообмена в условиях переменной гравитации.

 

Теплообмен при конденсации

10.11.2010

Основным элементом замкнутых испарительных систем охлаждения РЭА являются теплообменные устройства. В испарительной системе промежуточный теплоноситель (жидкий диэлектрик) превращается в пар, отбирая при этом теплоту от нагретой детали аппаратуры. Затем этот пар переносится к теплообменнику и далее в теплообменнике отдаёт теплоту при конденсации. Образовавшийся конденсат под действием силы тяжести возвращается назад в блок.

пар

 


θ

θ
пар

 


Характер конденсации пара на твёрдых поверхностях

При соприкосновении пара с твёрдой поверхностью, температура которой tw<tн, происходит конденсация пара на стенках.

Выделяют капельную и плёночную конденсацию. В первом случае конденсат осаждается в виде отдельных капель, а во вт







Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.