- •Тепловое проектирование радиоэлектронных средств
- •Введение
- •1. Измерение температуры
- •2. Основы теплообмена
- •2.1. Теплообмен конвекций
- •2.1.1. Основные положения
- •2.1.2. Теплообмен при естественной конвекции
- •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 (теплопроводстью)
- •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. Основные закономерности стационарных температурных полей
- •3.1. Принцип суперпозиции температурных полей
- •3.2. Температурный фон
- •3.3. Принцип местного влияния
- •3.4. Тепловые модели радиоэлектронных средств
- •3.5. Тепловые схемы системы тел
- •3.6. Методика расчетов тепловых режимов рэс
- •3.7. Особенности теплообмена в условиях невесомости и пониженного атмосферного давления
- •4. Анализ и расчет стационарных тепловых режимов рэс
- •4.1. Расчет теплового режима рэс в герметичном кожухе с крупными деталями на шасси
- •4.1.1. Расчет среднеповерхностной температуры кожуха
- •Расчет температуры поверхности кожуха герметичного блока
- •4.1.2. Расчет среднеповерхностной температуры нагретой зоны
- •4.2. Расчет теплового режима рэс с внутренней принудительной циркуляцией воздуха
- •Пример расчетов
- •4.3. Расчет теплового режима рэс кассетных конструкций
- •4.3.1. Расчет теплового режима рэс кассетной конструкции (группа а)
- •4.3.2. Расчет теплового режима рэс с воздушными зазорами между кассетами (группа б)
- •Пример расчетов
- •4.4. Расчет теплового режима вентилируемых рэс
- •Пример расчетов
- •4.5. Расчет теплового режима аппарата с теплостоком
- •5. Системы обеспечения тепловых режимов рэс
- •5.1. Классификация сотр
- •5.2. Системы охлаждения рэс
- •5.2.1. Воздушные системы охлаждения рэс
- •5.2.2. Жидкостные системы охлаждения рэс
- •5.2.3. Испарительные системы охлаждения рэс
- •5.2.4. Кондуктивные системы охлаждения рэс
- •5.2.5. Система охлаждения, основанная на скрытой теплоте плавления
- •5.2.6. Основные элементы систем охлаждения рэс
- •5.2.6.1. Теплоносители
- •5.2.6.2. Теплообменники
- •5.2.6.3. Вентиляторы и насосы систем охлаждения (нагнетатели)
- •6. Специальные устройства охлаждения рэс
- •6.1. Тепловые трубы
- •6.2. Вихревые трубы
- •6.3. Турбохолодильник
- •6.4. Термоэлектрические охлаждающие устройства
- •7. Интенсификация теплообмена в рэс. Радиаторы и их расчет
- •7.1. Пластинчатые радиаторы
- •7.2. Пластинчатый радиатор в форме диска
- •7.3. Прямоугольная пластина
- •7.4.Тепловой поток в стержнях
- •7.5. Радиаторы
- •7.6. Влияние теплового контактного сопротивления на тепловой режим приборов
- •7.6.1. Влияние паст, смазок, усилия прижатия на значение теплового контактного сопротивления
- •7.6.2. Влияние электроизоляционных прокладок на тепловое контактное сопротивление
- •7.7. Рекомендации по конструированию радиаторов
- •8. Расчет нестационарных тепловых процессов
- •8.1. Охлаждение (нагревание) тел и системы тел без источников тепла
- •8.2. Охлаждение (нагревание) тел и системы тел c источниками энергии
- •8.3. Длительность начальной стадии
- •9. Влияние тепла и влаги на рэс и их элементы
- •9.1. Влияние температуры
- •9.2. Влияние влаги
- •10. Теплообмен при кипении жидкостей и конденсации паров
- •10.1. Теплообмен при кипении жидкости
- •10.2. Теплообмен при конденсации паров
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Тепловое проектирование радиоэлектронных средств
- •119454, Москва, пр. Вернадского, 78
2.3.3. Тепловой поток через стенки
Тепловой поток через стенки, если известна температура поверхностей стенок, определяется в соответствии с выражением (2.3.5). Когда торцы стенок адиабатические, т.е. через них нет притока и стока энергии, тепловой коэффициент Rпредставляет собой тепловое сопротивление стенки и, следовательно,
. (2.3.12)
2.3.3.1. Плоская стенка
На рис. 2.3.3,а показана однородная плоская стенка толщиной и площадьюS, коэффициент теплопроводности материала которой равенλ. На наружных поверхностях стенки поддерживаются постоянные температурыt1иt2.
Если торцы стенок принять адиабатическими, то температура в стенке изменяется только в направлении оси x- температурное поле одномерно, изотермические поверхности представляют плоскости, перпендикулярные осиx.
Рис.2.3.3. Плоская стенка: а - однослойная; б - многослойная;
в - параллельно-составная
При нахождении теплового потока через стенку, как видно из (2.3.12), задача сводится к определению теплового сопротивления R, которое в соответствии с выражением (2.3.7) равно
. (2.3.13)
Величина, обратная тепловому сопротивлению, называется тепловой проводимостью
. (2.3.14)
Таким образом, тепловой поток Рчерез стенку будет равен
.
Тепловой поток в каждом сечении стенки постоянен, и, следовательно,
.
Из этого выражения получают выражение для распределения температуры по толщине стенки
. (2.3.15)
При постоянном значении коэффициента теплопроводности температура стенки изменяется по линейному закону.
Рассматривая многослойную стенку, считают, что она состоит из разнородных, но плотно прилегающих друг к другу слоев. Для простоты считают, что она состоит из 3-х слоев (рис. 2.3.3,б). Толщина слоев δ1, δ2, δ3, теплопроводность их соответственно λ1, λ2, λ3, и пусть λ1>λ2>λ3. Известны температуры наружных поверхностей стенки t1 и t4. Тепловой контакт между поверхностями слоев считают идеальными, а торцы стенки адиабатическими.
В стационарном режиме тепловой поток Рдля всех слоев одинаков. Поэтому на основании (2.3.15), можно написать
;;. (2.3.16)
Суммируя соответственно левые и правые части этой системы уравнений, получают
или,
где R- тепловое сопротивление многослойной стенки, равное
.
По аналогии можно написать расчетную формулу для n-слойной стенки
.
Аналогично можно написать расчетную формулу для параллельно-составной стенки (рис. 2.3.3,в)
.
2.3.3.2. Цилиндрическая стенка
Пусть однородная цилиндрическая стенка длиной Lс внутренним радиусом,внешнимимеет температуру поверхностей соответственнои(рис. 2.3.4,а). Принимают> .
Рис. 2.3.4. Цилиндрическая стенка: а - однослойная;
б – многослойная
Теплопроводность материала стенки λ. Торцы стенки адиабатические, следовательно, поле меняется только в направлении оси x, изотермические поверхности цилиндрические. Площадь изотермической поверхности с координатой равна , при этом радиус r изменяется в пределах ….
Тепловое сопротивление такой цилиндрической стенки, в соответствии с (2.3.7), будет равно
.
Интегрируя в пределах радиусов от до, получают
. (2.3.17)
По аналогии можно записать выражение для сопротивления многослойной цилиндрической стенки
.