21.2. Теплообмен естественной конвекцией.

Элементы, выделяющие теплоту, называют источниками, поглощающие – стоками, а сам процесс передачи тепловой энергии – теплообменом.

Конвекция связана с движением жидкой или газообразной среды, соприкасающейся с твердым телом – элементом конструкции. Конвекция заключается в совместном действии теплопроводности среды, запасания энергии в ней и перемешивания среды. Конвекция может быть естественной и вынужденной. Естественная – обусловлена движением среды за счет разности плотностей холодной и нагретой областей. Вынужденная (принудительная) – за счет движения среды под действием вынуждающих сил.

Конвекция описывается законом Ньютона-Рихмана:

где:

• – тепловая энергия, передаваемая от i-го тела к среде (и наоборот);

• – удельная тепловая проводимость (зависит от теплофизических и кинематических параметров среды, а также от формы, размеров элементов конструкции и их ориентации относительно потоков среды);

• – площадь i-го тела, находящаяся в контакте со средой.

При анализе теплообмена конвекцией используются следующие критериальные уравнения.

Критерий Нуссельта		Критерий Прандтля
Критерий Грасгофа		Критерий Рейнольдса

Где:

• L – определяющий размер (например, высота стенки при продольном обтекании ее потоком среды);

• g = 9.8 м/с2;

• – коэффициент объемного расширения среды [1/K];

• – коэффициент кинематической вязкости [м2/c];

• – коэффициент температуропроводности [м2/c];

• V – скорость движения среды.

Естественная конвекция в неограниченном пространстве.

1 . Теплообмен неограниченного цилиндра (проводной или струнный монтаж l/d>100)

При ламинарном режиме движения среды

,

где – коэффициент, учитывающий теплофизические параметры среды и являющийся функцией температуры (берется из справочников).

2. Теплообмен плоской и цилиндрической стенок

, если (1)

иначе , (2)

где A2,A3 – аналоги A1;

– коэффициент, учитывающий отношение давление внутри конструкции к давлению окружающей среды;

– коэффициент ориентации, учитывающий ориентацию плоскости относительно потока среды.

Теплообмен конвекцией в каналах

К анал – область между двумя субблоками или субблоком и стенкой блока или рамы. Канал считают плоским и его размеры принимают следующими:

, где:

• – суммарный объем деталей, установленных на платах;

• – размер платы в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа.

Коэффициент теплообмена конвекцией не постоянен по высоте и ширине канала. В расчетах пользуются средними значениями, считая a и V (скорость) постоянными.

Естественная конвекция в канале. Среда – воздух

Если канал ориентирован вертикально, скорость движения воздуха постоянна по длине канала и , то коэффициент теплообмена конвекцией не зависит от координат:

22.1 Оценка надежности эвм как сложного объекта.

Сложным называют объект, состоящий из нескольких одновременно и совместно функционирующих отдельных объектов таких, что отказ одного из них приводит к отказу сложного объекта. Отказы отдельных объектов считают независимыми, т.е. отказ одного из них не приводит к отказу других. ЭВМ состоит из ряда устройств или элементов, для которых указанные допущения, как правило, выполняются.

Наработка на отказ:

Где N – число типов элементов в ЭВМ

Ti – наработка на отказ элемента i-го типа

ni – число элементов i-го типа, отказ которых приводит к отказу ЭВМ

При экспоненциальном законе распределения наработки на отказ:

Для ЭВМ рассчитывают среднюю суммарную интенсивность отказов с учетом использования входящих в нее устройств:

Где: Ny – число устройств ЭВМ

- их интенсивность отказов

Ki – коэффициент, учитывающий использование устройства i-го типа в составе ЭВМ.

В соответствии с теоремой умножения вероятностей вероятность безотказной работы:

Где: Pi,ni – вероятность безотказной работы в -м интервале времени n элементов i-го типа.

При экспоненциальном законе распределения:

Время восстановления ЭВМ как сложного объекта оценивают по показателям надежности

Входящих в него устройств: , где: - среднее время восстановления i-го устройства

При условии среднесуточной и непрерывной работы ЭВМ в течение года коэффициент технического использования:

Где: - время работы ЭВМ в течение суток (24 часа)

- среднесуточное время технического обслуживания и подготовки ЭВМ к работе

- среднее время восстановления

- наработка на отказ

- сбой ЭВМ

- среднее время потерь при сбое

- среднесуточное время потерь, связанных с ошибками оператора

При экспоненциальном распределении наработки на отказ То и времени восстановления, Тв коэффициент готовности:

где

При условии, что период приработки закончился, и при немедленном восстановлении

ЭВМ после отказа коэффициент готовности