- •Министерство образования и науки российской федерации
- •В. А. Илюшкин
- •Сборник задач для студентов специальности 211000.62
- •1 Обеспечение тепловых режимов
- •Варианты заданий для самостоятельного решения
- •Варианты заданий для самостоятельного решения
- •Варианты заданий для самостоятельного решения
- •Варианты заданий для самостоятельного решения
- •2 Защита от механических воздействий
- •Варианты заданий для самостоятельного решения
- •Варианты заданий для самостоятельного решения
- •Варианты заданий для самостоятельного решения
- •Варианты заданий для самостоятельного решения
- •Технические характеристики амортизаторов
- •Варианты заданий для самостоятельного решения
- •Варианты заданий для самостоятельного решения
- •Варианты заданий для самостоятельного решения
- •Варианты заданий для самостоятельного решения
- •Варианты заданий для самостоятельного решения
- •Варианты заданий для самостоятельного решения
- •4 Расчет конструктивных элементов электронных
- •Варианты заданий для самостоятельного решения
- •Варианты заданий для самостоятельного решения
- •Приложение а
- •Министерство образования и науки российской федерации
- •Приложение б
Варианты заданий для самостоятельного решения
Условие задачи:Определить средние поверхностные перегревы корпуса К , нагретой зоны з и воздуха В внутри электронного средства (ЭС).
Нагретая зона ЭС представляет собой блок модулей, которые установлены на стеклотекстолитовых платах (монтаж односторонний). Блок окружен пылезащищенным корпусом, размеры которого Lx, Ly и Lz. Корпус изготовлен из листовой стали и окрашен эмалевой краской (Степень черноты поверхности корпуса k=0,9). Теплообмен внешних поверхностей корпуса с окружающей средой происходит в условиях естественной конвекции. Температура окружающей среды tс = 23,5 0С. Размеры нагретой зоны lx, lz и ly. Количество плат в электронном средстве т = 9. Величина зазора между платами bp = 17,2 мм. На каждой плате расположено 20 модулей (N = 20), размеры которых следующие: высота hM = 8 мм, длина и ширина lM = ∆M = 40 мм. Модули расположены по площади платы равномерно. Толщина монтажной платы П = 3 мм. Суммарная мощность источников тепла в аппарате Р.
Примечание. Для расчетов использовать недостающие значения, приведенные в Таблице 1.3, согласно номера выданного варианта.
Таблица 1.3
Номер вари-анта |
Размеры корпуса ЭС |
Размеры нагретой зоны ЭС |
Р, Вт. | ||||
Lx , м |
Ly , м |
Lz , м |
lx , м |
ly , м |
lz , м | ||
1 |
0,324 |
0,200 |
0,290 |
0,290 |
0,125 |
0,210 |
50,0 |
2 |
0,300 |
0,180 |
0,290 |
0,250 |
0,125 |
0,210 |
49,0 |
3 |
0,254 |
0,150 |
0,290 |
0,230 |
0,120 |
0,210 |
45,0 |
4 |
0,286 |
0,180 |
0,290 |
0,240 |
0,125 |
0,210 |
43,0 |
5 |
0,300 |
0,180 |
0,290 |
0,250 |
0,125 |
0,210 |
49,0 |
6 |
0,258 |
0,165 |
0,290 |
0,230 |
0,125 |
0,210 |
46,5 |
7 |
0,300 |
0,150 |
0,290 |
0,250 |
0,120 |
0,210 |
49,0 |
8 |
0,325 |
0,200 |
0,290 |
0,290 |
0,125 |
0,210 |
55,0 |
9 |
0,286 |
0,180 |
0,290 |
0,240 |
0,125 |
0,210 |
43,0 |
10 |
0,300 |
0,150 |
0,290 |
0,250 |
0,120 |
0,210 |
48,0 |
11 |
0,254 |
0,155 |
0,290 |
0,230 |
0,110 |
0,210 |
45,0 |
12 |
0,300 |
0,200 |
0,290 |
0,250 |
0,125 |
0,210 |
50,0 |
13 |
0,258 |
0,165 |
0,290 |
0,230 |
0,110 |
0,210 |
46,5 |
14 |
0,300 |
0,200 |
0,290 |
0,260 |
0,125 |
0,210 |
52,0 |
15 |
0,300 |
0,180 |
0,290 |
0,250 |
0,120 |
0,210 |
49,0 |
16 |
0,354 |
0,200 |
0,290 |
0,295 |
0,125 |
0,210 |
55,0 |
17 |
0,320 |
0,200 |
0,290 |
0,290 |
0,125 |
0,210 |
52,0 |
18 |
0,284 |
0,150 |
0,290 |
0,250 |
0,125 |
0,210 |
45,0 |
19 |
0,320 |
0,180 |
0,290 |
0,270 |
0,125 |
0,210 |
53,0 |
20 |
0,264 |
0,150 |
0,290 |
0,230 |
0,110 |
0,210 |
45,0 |
Задача 1.4
Среднеповерхностная температура корпуса электронного средства (ЭС) tК = 40 0C. Размеры электронного средства: L1 = 0,400 м, L2 = 0,200 м,
H = 0,375 м, kзап. = 0,4 (коэффициент заполнения), приведенная степень черноты теплообменивающихся поверхностей (нагретая зона – корпус)
εз.К прив. = 0,86, температура среды tc = 20 0C, A2 = 1,36 Вт/м7/4 ∙ град5/4,
A3 = 1,55 Вт/м2 ∙ град4/3, fз.к = 1 (степень облученности той поверхности, на которую падает излучение).
Рассчитать мощность, рассеиваемую электронным средством, при нормальном атмосферном давлении.
Решение
Геометрические параметры тепловой модели принято соотносить с габаритами блока. Так горизонтальные параметры соответствуют горизонтальным размерам корпуса ЭС, т.е. l1 = L1, l2 = L2 , а hз = kзап.× H.
Рисунок 1.8 – Схематичное изображение ЭС
1. Определим hз = kзап.× H = 0,4 × 0,375 = 0,15 м
Определим площади стенок электронного средства S1, S2, S3:
S1 = L1 × hз = 0,400 × 0,15 = 0,06 м2 ;
S2 = L2 × hз = 0,200 × 0,15 = 0,03 м2 ;
S3 = L1 × L2 = 0,400 × 0,200 = 0,08 м2 .
3. Для каждой из поверхностей определим законы теплообмена конвекцией по формуле:
(1)
где L – определяющий параметр – наименьшая сторона ЭС.
-------------------------------------------------------------------------------------------
Справочная информация:
Есть два варианта решения задачи (1) в зависимости от выполнения условия (закон 1/4), невыполнения – (закон 1/3), тогда
а) для горизонтально ориентированной поверхности с нагретой верхней стороной может быть
либо
б) для горизонтально ориентированной поверхности с нагретым дном
либо
в) для вертикально – ориентированных плоских сторон нагретой боковой поверхности
либо
-------------------------------------------------------------------------------------------
4. Подставляя в (1) значения, получим для поверхностиS1:
20 ≤ (2,1)3; 20 ≤ 9,261 т.к. неравенство не выполняется, то
у поверхности S1 теплообмен подчиняется закону 1/3 степени.
Для поверхностейS2 и S3 определяющим размером будет L2 , поэтому все рассуждения для этих поверхностей можно вести одновременно:
так как неравенство выполняется, то у поверхностей S2 и S3 теплообмен подчиняется закону 1/4 степени.
5. Определяем конвективные коэффициенты теплоотдачи. Для поверхностиS1 (ориентирована вертикально, закон теплообмена подчиняется 1/3 степени):
Для поверхности S2 (ориентирована вертикально, закон теплообмена подчиняется 1/4 степени):
Для поверхности S3 (ориентирована горизонтально, нагретой стороной вверх, закон теплообмена подчиняется 1/4 степени):
Определим коэффициент теплоотдачи излучением αЛ:
αЛ = εз.К прив. × fз.к × f (tз, tК) = 0,86 × 1 × 6,35 ≈ 5,46 ,
где f (tз, tК) – табличная величина (принимаем равным 6,35)
В соответствии с законом Ньютона-Рихмана определим рассеиваемую мощность электронным средством Р:
P = σ∑ × (tк – tc);
σ∑ = ∑ σi; σi = αki, (Лi) × Si. (2)
где σi – тепловые проводимости конвекцией и излучением.
Используя выражение (2), определим σi :
σk1 = αК1 × S1 = 4,2 × 0,06 = 0,252 Вт × град.
σk2 = αК2 × S2 = 4,3 × 0,03 = 0,129 Вт × град.
σk3 = αК3 × S3 = 6,37 × 0,08 = 0,510 Вт × град.
σЛ1 = αЛ × S1 = 5,46 × 0,06 = 0,328 Вт × град.
σЛ2 = αЛ × S2 = 5,46 × 0,03 = 0,164 Вт × град.
σЛ3 = αЛ × S3 = 5,46 × 0,08 = 0,437 Вт × град.
P = 2× (0,252 + 0,129 + 0,510 + 0,328 + 0,164 + 0,437) × (40 – 20) =
= 2×(1,82 × 20) = 72,8 Вт
Ответ: P = 72,8 Вт