- •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
2.1.3.2. 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 .Для труб некруглого сечения, называемых частоканалами, 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 [1]
, (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 .В табл. 2.1.2 приведены значения коэффициента[1].
Таблица 2.1.2
|
Отношение | |||||||
1 |
2 |
5 |
10 |
15 |
20 |
30 |
50 | |
| ||||||||
1· |
1,65 |
1,50 |
1,34 |
1,23 |
1,17 |
1,13 |
1,07 |
1,00 |
2· |
1,51 |
1,40 |
1,27 |
1,18 |
1,13 |
1,10 |
1,05 |
1,00 |
5· |
1,34 |
1,27 |
1,18 |
1,13 |
1,10 |
1,08 |
1,04 |
1,00 |
1· |
1,28 |
1,22 |
1,15 |
1,10 |
1,08 |
1,06 |
1,03 |
1,00 |
1· |
1,14 |
1,11 |
1,08 |
1,05 |
1,04 |
1,03 |
1,02 |
1,00 |
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 критерием. 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. Значения коэффициентаприведены в табл. 2.1.3.
Таблица 2.1.3.
1 |
2 |
5 |
10 |
15 |
20 |
30 |
50 | |
1,90 |
1,70 |
1,44 |
1,28 |
1,17 |
1,13 |
1,05 |
1,00 |
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 [1]
, (2.1.35)
где к - безразмерный параметр, зависящий от критерия Рейнольдса.
Таблица 2.1.4
2,1 |
2,2 |
2,3 |
2,4 |
2,5 |
3 |
4 |
5 |
8 |
10 | |
1,9 |
2,2 |
3,3 |
3,8 |
4,4 |
6,0 |
10,3 |
15,5 |
27,0 |
33,3 |
Для воздуха выражение (2.1.35) принимает вид
. (2.1.36)
Определив критерий Нуссельта для соответствующего режима движения, находится конвективный коэффициент теплоотдачи .