1.1 Выбор модели

Для разрабатываемой конструкции характерно то, что нагретая зона представляет собой объем, занимаемый собранными в блок функциональными ячейками. Самая “горячая” точка конструкций - центр нагретой зоны.

Тепловая схема модуля, отражающая процесс теплообмена представлена на рисунке Б.1.

Рисунок Б.1 – Тепловая схема блока

t_з0 - температура в центре нагретой зоны;

t_з - температура на поверхности нагретой зоны;

t_к - температура корпуса;

t_с - температура окружающей среды.

Тепло от центра нагретой зоны с температурой t_зо (эквивалентная тепловая проводимость _з) выводится на поверхность нагретой зоны. С поверхности нагретой зоны посредством конвективной (_зк) и лучевой (_зл) теплопередачи через воздушные прослойки передается на место контакта «нагретая зона - установочные элементы» (_зкт). После чего, тепло передается на внутреннюю поверхность корпуса за счет теплопроводимости стенок, которая в данном случае не учитывается из-за высокого коэффициента теплопроводности алюминиевого сплава. Далее, тепло выводится на внешнюю поверхность корпуса, откуда конвекцией (_к) переносится в окружающее пространство [3].

1.2 Расчет среднеповерхностной температуры корпуса

Расчет произведем по методу тепловых характеристик, изложенному в, который состоит в построении по расчетным данным зависимости t_j= f (Р), по которой для любого значения теплового потока Р можно найти перегрев и температуру j - й точки или области конструкции.

Исходные данные:

- геометрические размеры блока - 110 Х 80 Х 25 мм;

- тепловой поток Р = 7,5 Вт;

- температура окружающей среды t_{c max} = 40 C;

- степень черноты внешней поверхности корпуса, _к= 0,92;

Площадь поверхности корпуса:

S_к = 2 · (0,11 · 0,08 + 0,11· 0,025 + 0,08 · 0,025) = 0,027 (м²).

Характерный размер конструкции:

L = =67 мм.

Перегрев корпуса в первом приближении:

t_к = 5 С.

Температура корпуса в первом приближении:

t_к = t_c + t_к = 45 C.

Среднее значение температуры окружающей среды:

t_ср = 0,5 · (tс + tк) = 42,5 С.

Коэффициент теплопроводности воздуха:

_в = 2,76 · 10 ^-2 Вт/м · С;

Коэффициент кинематической вязкости воздуха:  = 16,96 · 10 ^-6 м²/С;

Коэффициент объемного расширения воздуха:

 = 1/(t ср + 273) = 3,24 · 10^-3 1/К;

Критерий Грасгофа: Gr = 1,1 · 10⁷;

Критерий Прандтля: Pr = /а = 0,706, а =  в/ С р ·  = 2,4 · 10^-5

Произведение Gr · Pr = 7,55 · 10 ⁶.

Далее определяется режим движения воздуха - переходный, коэффициенты теплообмена - С=0,54; n=0,25.

Критерий Нуссельта: N_u = С · (Pr · Gr)ⁿ = 28,31.

Конвективный коэффициент теплопередачи: _к = Nu ·  в/L = 2,9 Вт/К · м²

По номограмме определяется  лн =6 Вт/К · м².

Необходимо произвести пересчет для  = 0,92:

 л =  лн ·  к/ н = 6,9 Вт/К · м²

Эквивалентная тепловая проводимость между корпусом и средой:

 = ( к +  л) · S _к = 0,26 Вт/К.

Тепловой поток, который может рассеять поверхность корпуса блока:

Р_рк = 0.26· 5 = 1.32 Вт.

По характеристике для заданного теплового потока определяется

t _к = 10,4 С.

Среднеповерхностная температура корпуса: t_к = 40+10.4 = 50.4 С.