- •Тепловое проектирование радиоэлектронных средств
- •Введение
- •1. Влияние тепла и влаги на рэс и их элементы
- •1.1. Влияние температуры
- •1.2. Влияние влаги
- •2. Основы теплообмена
- •2.1. Теплообмен конвекцией
- •2.1.1. Основные положения
- •2.1.2. Теплообмен при естественной конвекции
- •2.1.2.1. Коэффициент теплоотдачи неограниченных цилиндров
- •2.1.2.2. Коэффициент теплоотдачи плоской (цилиндрической) поверхности
- •2.1.2.3. Коэффициент теплопередачи между двумя поверхностями
- •2.1.2.3.1. Коэффициент теплопередачи плоских неограниченных прослоек
- •2.1.2.3.2. Коэффициент теплопередачи ограниченных прослоек
- •2.1.3. Теплообмен при вынужденном движении жидкости
- •2.1.3.1. Коэффициент теплоотдачи при движении жидкости вдоль плоской поверхности
- •2.1.3.2. Коэффициент теплоотдачи при движении жидкости в трубах
- •2.1.3.3. Определяющий размер тел, принудительно омываемых потоком жидкости
- •2.2. Лучистый теплообмен (теплообмен излучением)
- •2.2.1. Основные понятия и определения
- •2.2.2. Законы теплового излучения
- •2.2.3. Лучистый теплообмен между телами
- •2.2.3.1. Лучистый теплообмен неограниченных поверхностей
- •2.2.3.2. Теплообмен излучением ограниченных поверхностей
- •2.2.3.4. Влияние экранов на теплообмен излучением
- •2.3. Теплообмен кондукцией (теплопроводностью)
- •2.3.1. Основные понятия. Закон Фурье
- •2.3.2. Уравнение теплопроводности Фурье
- •2.3.3. Тепловой поток через стенки
- •2.3.3.1. Плоская стенка
- •2.3.3.2. Цилиндрическая стенка
- •2.3.4. Температурное поле тел с внутренними источниками тепла
- •2.3.4.1. Плоская неограниченная стенка
- •2.3.4.2. Параллелепипед
- •3. Сложный теплообмен
- •3.1. Тепловой поток через стенки, разделяющие две среды
- •3.2. Тепловой поток в стержнях и пластинах
- •3.2.1.Тепловой поток в стержнях
- •3.2.2. Тепловой поток в пластинах
- •3.2.2.1. Пластина в виде диска
- •3.2.2.2. Прямоугольная пластина
- •3.3. Особенности теплообмена в условиях невесомости и пониженного атмосферного давления
- •4. Основные закономерности стационарных температурных полей
- •4.1. Принцип суперпозиции температурных полей
- •4.2. Температурный фон
- •4.3. Принцип местного влияния
- •4.4. Тепловые модели радиоэлектронных средств
- •4.5. Тепловые схемы системы тел
- •5. Анализ и расчет стационарных тепловых режимов рэс
- •5.1. Расчет теплового режима рэс в герметичном кожухе с крупными деталями на шасси
- •5.1.1. Расчет среднеповерхностной температуры кожуха
- •5.1.2. Расчет среднеповерхностной температуры нагретой зоны
- •5.2. Расчет теплового режима рэс с внутренней принудительной циркуляцией воздуха
- •5.3. Расчет теплового режима рэс кассетной конструкции
- •5.3.1. Расчет теплового режима рэс кассетной конструкции (группа а)
- •5.3.2. Расчет теплового режима рэс с воздушными зазорами между кассетами (группа б)
- •5.4. Расчет теплового режима вентилируемых рэс
- •6. Расчет нестационарных тепловых процессов
- •6.1. Охлаждение (нагревание) тел и системы тел без источников тепла
- •6.2. Охлаждение (нагревание) тел и системы тел c источниками энергии
- •6.3. Длительность начальной стадии
- •7. Системы обеспечения тепловыхрежимов рэс
- •7.1. Классификация сотр
- •7.2. Системы охлаждения рэс
- •7.2.1. Воздушные системы охлаждения рэс
- •7.2.2. Жидкостные системы охлаждения рэс
- •7.2.3. Испарительные системы охлаждения рэс
- •7.2.4. Кондуктивные системы охлаждения рэс
- •7.2.5. Основные элементы систем охлаждения рэс
- •7.2.5.1. Теплоносители
- •7.2.5.2. Теплообменники
- •7.2.5.3. Вентиляторы и насосы систем охлаждения
- •8. Специальные устройства охлаждения рэс
- •8.1. Тепловые трубы
- •8.2. Вихревые трубы
- •8.3. Турбохолодильники
- •8.4. Термоэлектрические охлаждающие устройства
- •9. Интенсификация теплообмена в рэс. Радиаторы и их расчет
- •9.1. Особенности теплообмена оребренных поверхностей
- •9.2. Рекомендации по конструированию радиаторов
- •9.3. Проектирование и расчет радиаторов
- •10. Теплообмен при кипении жидкостей и конденсации паров
- •10.1. Теплообмен при кипении жидкости
- •10.2. Теплообмен при конденсации паров
- •11. Влагообмен в рэс
- •11.1. Механизм поглощения влаги материалами
- •11.2. Основные закономерности переноса паров воды через полимерные материалы
2.1.3.2. Коэффициент теплоотдачи при движении жидкости в трубах
Эта ситуация соответствует ограниченному пространству. Температура поверхности трубы принимается постоянной, а температура жидкости по мере продвижения по трубе увеличивается, в пределе стремясь к температуре поверхности трубы. За счет того, что перегрев между поверхностью трубы и жидкостью по мере продвижения жидкости по трубе уменьшается, будет уменьшаться и интенсивность теплообмена.
При вынужденном движении жидкости в трубах устойчиво существуют три режима движения: ламинарный, турбулентный и переходный. Режим движения жидкости определяется по критерию Рейнольдса
. (2.1.30)
Для труб круглого сечения за определяющий размер принимается диаметр трубы d. Для труб некруглого сечения, называемых часто каналами, за определяющий размер принимается эквивалентный диаметр, вычисляемый по формуле, гдеS- площадь поперечного сечения канала;П- периметр канала в поперечном сечении.
В трубах скорость потока в сечении не одинакова - по оси она будет максимальной, а у стенки - минимальной. При расчетах принимается средне расходная скорость , где- объемный расход жидкости, м3/с,S- площадь поперечного сечения трубы, м.
Рассчитав критерий Рейнольдса, определяют режим движения жидкости. При значениях < 2200 движение жидкости в трубе имеет ламинарный характер, при> 104движение будет турбулентным, при значениив диапазоне 2200…104 режим движения будет переходным.
При турбулентном режимекритерийрассчитывается по формуле [8]
, (2.1.31)
при этом tf =0,5(tвх + tвых).
Коэффициенты ,,- поправочные коэффициенты, учитывающие особенности теплообмена в трубах.
Коэффициент учитывает изменение теплоотдачи по длине трубы, что объясняется неодинаковым температурным напором между стенкой трубы и протекающей жидкостью в начале и в конце трубы. Коэффициент, является функцией критерияReи отношения , то есть .Эта зависимость представлена на рис. 2.1.5,а. Как видно,, и соответственно коэффициент теплоотдачи коротких труб при всех прочих равных условиях будет больше, чем коэффициент теплоотдачи длинных труб. При отношенииl/d> 50 принимаютL= 1.
Рис. 2.1.5.Графики зависимости коэффициентов L = f(Re, l/d) и ’L = f(l/d)
Коэффициент учитывает неизотермичность потока в поперечном сечении трубы. Для воды = 1, а для газов вычисляют по формуле, где и - средние абсолютные температуры жидкости и стенки трубы.
Коэффициент вносит поправку на увеличение коэффициента теплоотдачи изогнутых труб за счет увеличения турбулентности потока вследствие центробежного эффекта. Коэффициент рассчитывается по формуле = 1+1,77 (d/R), гдеR- радиус закругления трубы по осевой линии.
Для воздуха выражение (2.1.31) примет вид
. (2.1.32)
При ламинарном течениижидкости интенсивность теплообмена определяется как вынужденным, так и свободным движением, которое вызывается подъемом частиц жидкости за счет уменьшения ее плотности при нагревании. Свободное движение учитывается критериемGr. В этом случае выражение для критерия Нуссельта имеет вид
. (2.1.33)
Коэффициент определяется, как и в предыдущем случае. Коэффициент здесь является функцией только отношенияl/d. Эта функция представлена на рис. 2.1.5,б.
Для воздуха выражение (2.1.33) с учетом того, что Prf = Prw = 0,71, примет вид
. (2.1.34)
В переходном режимеинтенсивность теплообмена может резко меняться от многих обстоятельств, весьма значительно она зависит от критерияRe. Для практических расчетов может быть предложена формула [9]
, (2.1.35)
где к- безразмерный параметр, зависящий от критерия Рейнольдса.
Эта зависимость представлена на рис. 2.1.6. Для воздуха выражение (2.1.35) принимает вид
. (2.1.36)
Определив критерий Нуссельта для соответствующего режима движения, находится конвективный коэффициент теплоотдачи .
Рис. 2.1.6.Зависимость к = f( Re )