Реферат: Тепло и массообмен в РЭА с перфорированным корпусом

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.................................................…………………………

1. Анализ исходных данных… ……………..

2. Расчет тепловых режимов аппарата......................……………

2.1. Вычисление геометрических параметров................………

2.2. Определение объемного имассового расхода воздуха ...…

2.3. Проводимость между воздухомвнутри аппарата

и окружающей средой.................................…………………

2.4. Определение тепловыхкоэффициентов ..................……….

2.5. Определение перегревов итемператур нагретой зоны

и корпусааппарата……………………………………………

Заключение…………………………………………………………

Список используемых источников..........................……………..

ВВЕДЕНИЕБольшинство радиотехнических устройств, потребляя от

источников питания мощность, измеряемую десятками, а иногда и

сотнями ватт, отдают полезнойнагрузке от десятых долей до единиц

ватт. Остальная электрическая энергия, подводимая к аппарату,

превращаясь в тепловую, выделяетсявнутри аппарата. Температура

нагрева аппарата оказывается вышетемпературы окружающей среды, в

результате чего происходит процесс отдачи теплоты в окружающее

пространство. Этот процесс идет тем интенсивнее, чем больше

разность температур аппарата иокружающей среды.

Специалисты в области создания новых радиоэлектронных

аппаратов знают, что расчетытеплового режима аппаратов столь же

необходимы, как и расчеты, связанныес функциональным назначением

их.

Интуитивные методы проектирования РЭС и в частностиреализация нормального теплового режима складывались годами. Такой подход внастоящее время оказывается не в состоянии обеспечить выбор в исключительносжатые сроки безошибочных, близких к оптимальным решений.

Известно, что надежность элементов радиоэлектроннойаппаратуры сильно зависит от температуры окружающей среды. Для каждого типаэлемента в технических условиях указывается предельная температура, припревышении которой элемент нельзя эксплуатировать. Поэтому одна из важнейшихзадач конструктора радиоэлектронной аппаратуры состоит в том, чтобы обеспечитьправильные тепловые режимы для каждого элемента.

Цельюданной курсовой работы является получение навыков теплового расчета на примереаппарата с перфорированным корпусом.

1. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Дан аппарат с перфорированнымкорпусом. Размеры корпуса: L1 = 500 мм; L2 = 300 мм; L3= 490 мм. Размеры шасси: l1 = 480 мм; l2 = 200 мм; h =120 мм. Перфорационные отверстия расположены по бокам корпуса по 12 с каждойстороны. Перфорационное отверстие показано на рисунке:

Рисунок 1.Перфорационное отверстие

Размерыотверстия: высота 10 мм, длина ( без полукругов ) 45 мм. Температура окружающейсреды tc = 26 оС. Мощность источников теплоты в аппаратеФ = 100 Вт. Внутренние поверхности аппарата покрыты эмалевой краской,коэффициент заполнения Кз = 32%.

2. РАСЧЕТТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ АППАРАТА

2.1.Вычисление геометрических параметров

2.1.1.Среднее расстояние между отверстиями для подвода-отвода воздуха.

Используя исходныеданные, получим:

hср = 100 + 150 + 100/3 ~117 мм = 0,117 м.

2.1.2. Суммарная площадьперфорационных отверстий.

Используя исходные данные находим площадь одного

перфорационногоотверстия:

Ап = 45×10 + pR2 = 450 + 3,14×52 = 528,5 мм2 » 5,3×10-4 м2.

Используя исходныеданные, определяем:

Авх = Авых = 12×5,3×10-4 = 6,36×10-3 м2.

2.1.3. Площадьповерхности корпуса.

Ак = 2(L1L3+ L2L3 + L1L2); (1)

Подставляя известныевеличины в формулу (1), получим

Ак = 2(0,5×0,49 + 0,3×0,49 + 0,5×0,3) = 1,08 м2.

2.1.4. Площадь поверхности омываемых воздухом деталей и шасси(нагретой зоны).

Ав = 2(l1h + l2h+ l1l2); (2)

Подставив известныевеличины в (2), имеем

Ав = 2(0,48×0,12 + 0,2×0,12 + 0,48×0,2) = 0,36 м2.

2.1.5. Площадь поперечного сечения порожнего аппарата,свободная для прохода воздуха:

Аап = L1L3 — l1h; (3)

Используя исходныеданные, из (3) получим:

Аап = 0,5×0,49 — 0,48×0,12 = 0,19 м2.

2.2. Определение объемного имассового расхода воздуха

Выделяемая деталями РЭС тепловая энергия передаетсяконвекцией воздуху, омывающему их поверхности, а излучением — внутреннейповерхности корпуса. В результате нагревания воздуха его плотность уменьшаетсяпо сравнению с плотностью воздуха вне аппарата, появляется разность давленийи воздух через верхние отверстия или жалюзи в корпусе выходит из аппарата, а на его место поступает холодный воздух через нижние отверстия в корпусе. Вустановившемся режиме перепад давлений, вызванный самотягой, уравновешивается гидравлическими потерями на всех участках РЭС.

2.2.1. Определим среднюю площадь поперечногосечения аппарата, свободную для прохода воздуха: Аср = Аап(1- Кз); (4)

На основании исходных данных и данных, полученных врезультате вычисления, из формулы (4) следует, что

Аср = 0,19(1 — 0,32) =0,13 м2.

2.2.2. Определимгидравлическое сопротивление.

Для типичных РЭС, среднеобъемная температура воздуха которыхt ~ 40oC, а температура среды ~ 24оС, была проведенаоценка гидравлических сопротивлений [1] и получена приближенная формула:

/> (5)

Подставляя в формулу (5) полученные в результате расчета поп.2.1 и п.2.2.1 данные, получим:

2.2.3. Массовый расходвоздуха:

Массовыйрасход воздуха определим по приближенной формуле (6), полученной в результатеэкспериментальных данных [1]:

____

G = 1,36Ö h/R ; (6)

Подставив известныевеличины, получим:

_____________

G = 1,36Ö 0,117/6,677104 = 1,8×10-3 кг/с.

2.2.4. Объемный расходвоздуха

Объемный расход воздуханайдем по формуле (7):

GV= G/r, (7)

где r = 1,28 кг/м2определен для t = 40oC из таблицы А3 [1].

Таким образом: GV= 1,8×10-3/1,28 = 1,41×10-3 м3/с = 1,41л/с.

2.3.Проводимость между воздухом внутри аппарата и окружающей средой

Определяется по формуле(8):

W = 103×G; (8)

в формулу (8) полученный в п.2.2.3 массовый расход воздуха,получим: Подставляя получаем : W = 103×1,8×10-3 = 1,8 Вт/К.

2.4. Определение тепловыхкоэффициентов

Дляопределения температур в аппарате со свободной вентиляцией следует использоватьуравнения (9):

/> (9)

Параметры А1,А3, F1, F3 имеют следующую структуру:

/> (10)

Параметры B и D, входящие в формулы (10), можно определитьтак:

/>; (11)

/>; (12)

Анализ экспериментальных данных [1] показал, что присвободной вентиляции РЭС значения коэффициентов конвективной теплоотдачи междузоной и воздухом, корпусом и воздухом внутри аппарата примерно равны a12к= a23к = 6 Вт/(м2×К), тогда

s12к = 6А1, s23к = 6А3, а s3с = 9А3. Подставляя в (10)

приближенные значения проводимостей,получим уравнения (13):

/> (13)

В нашемслучае А1 = Ав; А3 = Ак. Подставляяизвестные величины в уравнения (13), получим:

Определим тепловые коэффициенты:

2.5.Определение перегревов и температур нагретой зоны и корпуса аппарата

2.5.1.Средний поверхностный перегрев нагретой зоны Определим по формуле (14):

q1 = F1Ф; (14)

Подставляя известныевеличины, получим

q1 = 0,137100= 13 К.

2.5.2.Средний поверхностный перегрев корпуса аппарата Определим по формуле (15):

q3 = F3Ф; (15)

Подставляя известные величины,получим

q3 = 0,047100 = 4 К.

2.5.3.Средняя температура нагретой зоны

Определим по формуле(16):

t1= tc + q1; (16)

Подставив известныевеличины в (16), получим t1 = 26 + 13 = 39оС.

2.5.4.Средняя температура корпуса аппарата Определим по формуле (17):

t3= tc + q3; (17)

Подставив известныевеличины в (17), получим

t3 = 26 + 4 =30оС.

Наосновании данных, полученных в п.2.5, строим график тепловых характеристиккорпуса и нагретой зоны аппарата.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе был проведен расчет тепловых режимоваппарата с перфорированным корпусом для получения практических навыков тепловыхрасчетов радиоэлектронных устройств, так как для обеспечения стабильной ибезотказной работы в течении всего срока эксплуатации любого радиоэлектронногоустройства требуется правильно обеспечить тепловой режим работы электронныхкомпонентов данного аппарата.

Врезультате расчета были определены:

— средний поверхностный перегрев нагретой зоны;

— средний поверхностный перегрев корпуса аппарата;

— средняя температура нагретой зоны;

— средняя температура корпуса аппарата;

— массовый расход воздуха через аппарат;

— объемный расход воздуха.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре.- М.: Высшая школа, 1984 г.

2. Фрумкин Г.Д. Расчет иконструирование радиоаппаратуры. -

М.: Высшая школа, 1989 г.

3. Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование имикроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры. — Л.: Энергоатомиздат, 1984 г.