|
|
Перенос энергии в виде теплоты- теплопроводность - конвекция - тепловое излучение Теплопроводность – молекулярный перенос теплоты в сплошной среде, вызванный разностью температур. Конвекция – процесс переноса теплоты при перемещении макроскопических объёмов жидкости или газа из областей с одной температурой в область с другой, при этом перенос теплоты неразрывно связан с переносом вещества.
Процессы конвекции сопровождаются теплопроводностью, этот совместный процесс называется конвективный теплообмен.
Тепловое излучение – процесс переноса теплоты, обусловленный превращением внутренней энергии вещества в энергию излучения, переносом её в вид электромагнитных волн и поглощением веществом. Перенос вещества происходит с помощью диффузии и конвективного массообмена.
Диффузия – молекулярный перенос вещества в среде, вызванный разностью концентраций (концентрационная диффузия), температур (термодиффузия) или давлений (бародиффузия).
Конвективный массообмен – перенос вещества, вызванный совместным действием конвективного переноса вещества и молекулярной диффузии.
Тепло- и влагостойкость элементов - радиодетали электрорадиоматериалы обладают ограниченной теплостойкостью, т.е. могут нормально работать лишь в заданном диапазоне температур. - для практической оценки пользуются понятием надёжности, как свойства РЭА выполнять заданные функции в определённых условиях эксплуатации. Плотность распределения наработки до первого отказа: (1) Для большинства элементов РЭА зависимость с учётом влияния только температуры можно аппроксимировать формулой. Практические примеры расчёта параметра лямбда Введём параметр изменения интенсивности отказов Δλ (2) -Δλ характеризует изменение интенсивности отказов элементов РЭА при изменении температуры окружающей среды на 10К - Δλ отказов РЭА от температуры определяется также числом элементов каждого типа. - нестабильность параметров элементов из-за воздействия температуры составляет 60-70%. - из-за совместного воздействия температуры и влажности 95-98% от общей нестабильности.
Типовые задачи тепло- и массообмена в РЭА 1. Проектирование элементов: зависимость между габаритами, конструктивным оформлением, условиями эксплуатации элементов, электрическими (статическими и динамическими) характеристиками, условия теплового пробоя, надёжность работы. 2. Интегральных схем:компактное размещение пассивных и активных элементов. 3. Конструкция РЭА: способы охлаждения, т.е задание суммарной рассеиваемй мощности, диапазона возможного изменения температуры окружающей среды. влажности, давления, времени непрерывной работы, габаритов помещения, допустимой температуры элементов. Алгоритм решения: 1. Оценочные расчёты (по условиям эксплуатации) 2. Выбор системы охлаждения блока РЭА (принуд. естесств.) 3. Выбор типа устройства охладжления: - требует проведения серии тепловых и гидравлических расчётов с учётом промышленной номенклатуры устройств. - на этапе проектирования необходимо определить влажность внутри отдельных областей блока и оценить возможность конденсации влаги на поверхностях элементов. 4. Обоснование размещения плат внутри блока и элементов на каждой плате (анализ температурного поля блока, электрические, механические, функциональные расчёты, связанные с основным назначением РЭА). Решение подобных задач может быть осуществлено на основе системного подхода с применением системы автоматизированного проектирования.
Источники теплоты в РЭА Потребляемая радиодеталями электроэнергия à электрические устройства и радиодетали (электромагнитная, механическая, тепловая и другие виды энергии; полезный сигнал (5-10%); теплота)
Факторы, влияющие на тепловой режим 1. Первичные - изменение температуры окружающей среды - внешние тепловые потоки 2. Вторичные - давление внутри корпуса РЭА - наличие невесомости - влажность - запыленность
Радиоэлектронные комплексы по условиям эксплуатации: 1. Стационарные (ΔТ в помещении от +5 до +50 С) 2. Наземные передвижные (ΔТ в -60 до +60) 3. Корабельные –закрытые отсеки –палубные надстройки 4. Самолётные (ΔТ ограничено кондиционерами) 5. Ракетно-космические
Понятия нормального теплового и влажного режимов РЭА - совокупность температур всех радиодеталей, из которых собран аппарат, т.е. его температурное поле, характеризует тепловой режим аппарата. - значение влажности воздуха в различных областях РЭА определяют его влажностный режим.
Для обеспечения теплового и влажностного режимов обычно принимают следующие меры: - Предусматривают специальные средства охлаждения отдельных радиодеталей и аппаратуры в целом и меры для уменьшения влажности. - термостатируют узлы и блоки, используют устройства для защиты от влаги. - в зависимости от ожидаемых температур и влажности выбирают определённые типы радиодеталей, а также конструкции РЭА. - изменяют схему прибора для уменьшения мощности тепловыделения на деталях.
Для обеспечения теплового режима применяют различные типовые элементы и устройства систем охлаждения, а именно: радиаторы, нагнетатели, теплообменники, тепловые трубы, вихревые трубы, микрохолодильники, термостаты, термоэлектрические и криогенные устройства.
Перенос тепловой энергии конвекцией Теплоотдача при свободном движении жидкости Под термином жидкость (если это специально не оговорено) будем понимать, как капельную жидкость, так и газ, причём жидкость может быть сжимаемой (газ) и несжимаемой (капельная жидкость). Теплообмен между потоками жидкости и поверхностью соприкасающегося с ним тела называется конвективным теплообменом (конвективной теплоотдачей).
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)   ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...  Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...  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...  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:
|
