Реферат: Тепло и массообмен в РЭА с перфорированным корпусом

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 и массового расхода воздуха ...…

2.3. Проводимость между воздухом внутри аппарата

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

2.4. Определение тепловых коэффициентов ..................……….

2.5. Определение перегревов и температур нагретой зоны

       и корпуса аппарата……………………………………………

Заключение…………………………………………………………

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

ВВЕДЕНИЕ

Большинство радиотехнических    устройств,  потребляя  от

источников питания мощность,  измеряемую  десятками,  а  иногда  и

сотнями ватт,  отдают полезной нагрузке от десятых долей до единиц

ватт. Остальная  электрическая  энергия,  подводимая  к  аппарату,

превращаясь в  тепловую,  выделяется внутри аппарата.  Температура

нагрева аппарата оказывается выше температуры окружающей среды,  в

результате чего  происходит  процесс  отдачи  теплоты в окружающее

пространство. Этот  процесс  идет  тем  интенсивнее,  чем   больше

разность температур аппарата и окружающей среды.

Специалисты в   области   создания   новых  радиоэлектронных

аппаратов знают,  что  расчеты теплового режима аппаратов столь же

необходимы, как и расчеты,  связанные с функциональным назначением

их.

Интуитивные методы проектирования РЭС и в частности реализация нормального теплового режима складывались годами. Такой подход в настоящее время оказывается не в состоянии обеспечить выбор в исключительно сжатые сроки безошибочных, близких к оптимальным решений.

Известно, что надежность элементов радиоэлектронной аппаратуры сильно зависит от температуры окружающей среды. Для каждого типа элемента в технических условиях указывается предельная температура, при превышении которой элемент нельзя эксплуатировать. Поэтому одна из важнейших задач конструктора радиоэлектронной аппаратуры состоит в том, чтобы обеспечить правильные тепловые режимы для каждого элемента.

Целью данной курсовой работы является получение навыков теплового расчета на примере аппарата с перфорированным корпусом.

1. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Дан аппарат с перфорированным корпусом. 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 каждой стороны. Перфорационное отверстие показано на рисунке:

                 Рисунок 1. Перфорационное отверстие

Размеры отверстия: высота 10 мм, длина ( без полукругов ) 45 мм. Температура окружающей среды tc = 26 оС. Мощность источников теплоты в аппарате Ф = 100 Вт. Внутренние поверхности аппарата покрыты эмалевой краской, коэффициент заполнения Кз = 32%.

2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ АППАРАТА

2.1. Вычисление геометрических параметров

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

Используя исходные данные, получим:

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

2.1.2. Суммарная площадь перфорационных отверстий.

Используя исходные  данные      находим   площадь   одного

перфорационного отверстия:

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

Используя исходные данные, определяем:

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

2.1.3. Площадь поверхности корпуса.

Ак = 2(L1L3 + L2L3 + L1L2);                                                    (1)

Подставляя известные величины 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 известные величины 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 исходные данные, из (3) получим:

Аап = 0,5×0,49 - 0,48×0,12 = 0,19 м2.

2.2. Определение объемного и массового расхода воздуха

Выделяемая деталями РЭС тепловая энергия передается конвекцией воздуху, омывающему  их  поверхности,  а  излучением  - внутренней поверхности корпуса. В результате нагревания воздуха его плотность уменьшается по   сравнению  с  плотностью  воздуха  вне  аппарата, появляется разность давлений и воздух через верхние отверстия  или жалюзи в  корпусе  выходит  из аппарата,  а на его место поступает холодный воздух через нижние отверстия в корпусе. В установившемся режиме перепад  давлений,  вызванный  самотягой,  уравновешивается гидравлическими потерями на всех участках РЭС.

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

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

Аср = 0,19(1 - 0,32) = 0,13 м2.

2.2.2. Определим гидравлическое сопротивление.

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

                 (5)

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

2.2.3. Массовый расход воздуха:

Массовый расход воздуха определим по приближенной формуле (6), полученной в результате экспериментальных данных [1]:

         ____

G = 1,36Ö h/R  ;                                                                     (6)

Подставив известные величины, получим:

                              _____________

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

2.2.4. Объемный расход воздуха

Объемный расход воздуха найдем по формуле (7):

GV = G/r,                                                          (7)

       где r = 1,28 кг/м2 определен для t = 40 oC из таблицы А3 [1].

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

Для определения температур в аппарате со свободной вентиляцией следует использовать уравнения (9):

                               (9)

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

                            (10)

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

;                    (11)

;             (12)

Анализ экспериментальных данных [1] показал, что при свободной вентиляции РЭС значения коэффициентов конвективной теплоотдачи между зоной 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 нашем случае А1 = Ав; А3 = Ак. Подставляя известные 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 известные величины, 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 известные величины в (16), получим t1 = 26 + 13 = 39 оС.

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

t3 = tc + q3;                                             (17)

Подставив известные величины в (17), получим

 t3 = 26 + 4 = 30 оС.

На основании данных, полученных в п.2.5, строим график тепловых характеристик корпуса и нагретой зоны аппарата. 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе был проведен расчет тепловых режимов аппарата с перфорированным корпусом для получения практических навыков тепловых расчетов радиоэлектронных устройств, так как для обеспечения стабильной и безотказной работы в течении всего срока эксплуатации любого радиоэлектронного устройства требуется правильно обеспечить тепловой режим работы электронных компонентов данного аппарата.

В результате 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 и конструирование  радиоаппаратуры.  -

М.: Высшая школа, 1989 г.

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

4. Стандарт предприятия. Проекты (работы) дипломные и курсовые. Правила оформления. - Тамбов: ТГТУ, 1997 г.