3.3. Особенности теплообмена в условиях невесомости и пониженного атмосферного давления

В условиях невесомости, что имеет место на космических герметизированных объектах, критерий , характеризующий подъемную силу, вызывающую свободно конвективное движение воздуха (жидкости) у поверхности нагретого тела, равен нулю. Последнее объясняется тем, что напряженность поля тяготения, количественно характеризуемая ускорениемg, равна нулю.

Поскольку критерий равен нулю, будет равен нулю, как это видно из критериального уравнения (2.1.14), и критерий , а следовательно и конвективный коэффициент теплоотдачи.

Таким образом, в условиях невесомости теплообмен за счет естественной конвекции практически отсутствует. В этих условиях теплообмен между телами, а также телами и окружающей средой, осуществляется, в основном, за счет теплового излучения.

Лучистый коэффициент теплоотдачи рассчитывается по формулам, приведенным в разделе 2.2. Теплообмен между телами происходит и кондукцией, если эти тела имеют между собой тепловой контакт. Теплообмен же между телами за счет теплопроводности среды (диффузии частиц воздуха, газа) мал, им в большинстве случаев можно пренебречь.

Конвективный теплообмен в условиях невесомости, если аппаратура находится в герметичном отсеке, достигается принудительным продувом или перемешиванием воздуха у поверхности нагретых тел.

Особенностью теплообмена при пониженном атмосферном давлении является то, что с увеличением разряжения газа, в частности, с подъемом на высоту, уменьшается его плотность и теплоемкость. При этом уменьшается критерий Pr

,

и, как видно из критериального уравнения (2.1.5), уменьшается конвективный коэффициент теплоотдачи (теплопередачи), входящий в критерий .

В работе [9] дается зависимость конвективного коэффициента теплоотдачи от атмосферного давления Р, которая в диапазоне изменения давлений в пределах отПа (1 мм рт ст соответствует 133,322 Па [18]) имеет вид

, (3.3.1)

где _к0 и_к- коэффициенты теплоотдачи соответственно при нормальном давленииР₀и давлении Р,n- показатель степени критериального уравнения.

Так, например, при давлении 100 Па, что соответствует высоте примерно 50 км, конвективный коэффициент теплоотдачи составляет только 3 % от его значения при нормальном атмосферном давлении.

Лучистый же коэффициент теплоотдачи практически не зависит от давления. Следовательно, при давлениях Р<100Патеплообмен определяется, как и в случае невесомости, только тепловым излучением.

4. Основные закономерности стационарных температурных полей

Радиоэлектронные средства можно представить как систему многих тел, часть из которых является источниками тепловой энергии. Температурное поле такой системы, т.е. совокупность температур всех ее точек, зависит как от мощности и пространственного распределения этих источников тепла, так и от конструкции аппарата - его габаритных размеров, теплофизических свойств материала элементов конструкции, системы охлаждения и, наконец, условий эксплуатации.

При анализе теплового режима РЭС задача сводится к определению зависимости температуры какой-либо области (ЭРЭ) аппарата от времении суммарной мощности источников тепла, действующих в аппарате

.

Помимо внутренних источников тепла, температура существенно зависит от температуры среды, окружающей РЭС. Поэтому правильнее говорить о температуре перегрева-ой областиотносительно температуры среды.

В установившемся режиме этот перегрев не зависит от времени, т.е. .

Зависимость перегрева -ой области от суммарной мощности, действующей в аппарате, называется тепловой характеристикой-ой области.

При определении температуры исходят из общих закономерностей стационарных температурных полей системы тел. Ниже рассматриваются эти закономерности.