Варианты заданий для самостоятельного решения

Условие задачи:Определить средние поверхностные перегревы корпуса _К , нагретой зоны _з и воздуха _В внутри электронного средства (ЭС).

Нагретая зона ЭС представляет собой блок модулей, которые установлены на стеклотекстолитовых платах (монтаж односторонний). Блок окружен пылезащищенным корпусом, размеры которого L_x, L_y и L_z. Корпус изготовлен из листовой стали и окрашен эмалевой краской (Степень черноты поверхности корпуса _k=0,9). Теплообмен внешних поверхностей корпуса с окружающей средой происходит в условиях естественной конвекции. Температура окружающей среды t_с = 23,5 ⁰С. Размеры нагретой зоны l_x, l_z и l_y. Количество плат в электронном средстве т = 9. Величина зазора между платами b_p = 17,2 мм. На каждой плате расположено 20 модулей (N = 20), размеры которых следующие: высота h_M = 8 мм, длина и ширина l_M = ∆_M = 40 мм. Модули расположены по площади платы равномерно. Толщина монтажной платы _П = 3 мм. Суммарная мощность источников тепла в аппарате Р.

Примечание. Для расчетов использовать недостающие значения, приведенные в Таблице 1.3, согласно номера выданного варианта.

Таблица 1.3

Номер вари-анта	Размеры корпуса ЭС			Размеры нагретой зоны ЭС			Р, Вт.
	Lx , м	Ly , м	Lz , м	lx , м	ly , м	lz , м
1	0,324	0,200	0,290	0,290	0,125	0,210	50,0
2	0,300	0,180	0,290	0,250	0,125	0,210	49,0
3	0,254	0,150	0,290	0,230	0,120	0,210	45,0
4	0,286	0,180	0,290	0,240	0,125	0,210	43,0
5	0,300	0,180	0,290	0,250	0,125	0,210	49,0
6	0,258	0,165	0,290	0,230	0,125	0,210	46,5
7	0,300	0,150	0,290	0,250	0,120	0,210	49,0
8	0,325	0,200	0,290	0,290	0,125	0,210	55,0
9	0,286	0,180	0,290	0,240	0,125	0,210	43,0
10	0,300	0,150	0,290	0,250	0,120	0,210	48,0
11	0,254	0,155	0,290	0,230	0,110	0,210	45,0
12	0,300	0,200	0,290	0,250	0,125	0,210	50,0
13	0,258	0,165	0,290	0,230	0,110	0,210	46,5
14	0,300	0,200	0,290	0,260	0,125	0,210	52,0
15	0,300	0,180	0,290	0,250	0,120	0,210	49,0
16	0,354	0,200	0,290	0,295	0,125	0,210	55,0
17	0,320	0,200	0,290	0,290	0,125	0,210	52,0
18	0,284	0,150	0,290	0,250	0,125	0,210	45,0
19	0,320	0,180	0,290	0,270	0,125	0,210	53,0
20	0,264	0,150	0,290	0,230	0,110	0,210	45,0

Задача 1.4

Среднеповерхностная температура корпуса электронного средства (ЭС) t_К = 40 ⁰C. Размеры электронного средства: L₁ = 0,400 м, L₂ = 0,200 м,

H = 0,375 м, k_зап. = 0,4 (коэффициент заполнения), приведенная степень черноты теплообменивающихся поверхностей (нагретая зона – корпус)

ε_{з.К прив.} = 0,86, температура среды t_c = 20 ⁰C, A₂ = 1,36 Вт/м^7/4 ∙ град^5/4,

A₃ = 1,55 Вт/м² ∙ град^4/3, f_з.к = 1 (степень облученности той поверхности, на которую падает излучение).

Рассчитать мощность, рассеиваемую электронным средством, при нормальном атмосферном давлении.

Решение

Геометрические параметры тепловой модели принято соотносить с габаритами блока. Так горизонтальные параметры соответствуют горизонтальным размерам корпуса ЭС, т.е. l₁ = L₁, l₂ = L₂ , а h_з = k_зап.× H.

_­­­­­­

Рисунок 1.8 – Схематичное изображение ЭС

1. Определим h_з = k_зап.× H = 0,4 × 0,375 = 0,15 м

2. Определим площади стенок электронного средства S₁, S₂, S₃:

S₁ = L₁ × h_з = 0,400 × 0,15 = 0,06 м² ;

S₂ = L₂ × h_з = 0,200 × 0,15 = 0,03 м² ;

S₃ = L₁ × L₂ = 0,400 × 0,200 = 0,08 м² .

3. Для каждой из поверхностей определим законы теплообмена конвекцией по формуле:

(1)

где L – определяющий параметр – наименьшая сторона ЭС.

-------------------------------------------------------------------------------------------

Справочная информация:

Есть два варианта решения задачи (1) в зависимости от выполнения условия (закон 1/4), невыполнения – (закон 1/3), тогда

а) для горизонтально ориентированной поверхности с нагретой верхней стороной может быть

либо

б) для горизонтально ориентированной поверхности с нагретым дном

либо

в) для вертикально – ориентированных плоских сторон нагретой боковой поверхности

либо

-------------------------------------------------------------------------------------------

4. Подставляя в (1) значения, получим для поверхностиS₁:

20 ≤ (2,1)³; 20 ≤ 9,261 т.к. неравенство не выполняется, то

у поверхности S₁ теплообмен подчиняется закону 1/3 степени.

Для поверхностейS₂ и S₃ определяющим размером будет L₂ , поэтому все рассуждения для этих поверхностей можно вести одновременно:

так как неравенство выполняется, то у поверхностей S₂ и S₃ теплообмен подчиняется закону 1/4 степени.

5. Определяем конвективные коэффициенты теплоотдачи. Для поверхностиS₁ (ориентирована вертикально, закон теплообмена подчиняется 1/3 степени):

Для поверхности S₂ (ориентирована вертикально, закон теплообмена подчиняется 1/4 степени):

Для поверхности S₃ (ориентирована горизонтально, нагретой стороной вверх, закон теплообмена подчиняется 1/4 степени):

6. Определим коэффициент теплоотдачи излучением α_Л:

α_Л = ε_{з.К прив.} × f_з.к × f (t_з, t_К) = 0,86 × 1 × 6,35 ≈ 5,46 ,

где f (t_з, t_К) – табличная величина (принимаем равным 6,35)

6. В соответствии с законом Ньютона-Рихмана определим рассеиваемую мощность электронным средством Р:

P = σ_∑ × (t_к – t_c);

σ_∑ = ∑ σ_i; σ_i = α_{ki, (Лi)} × S_i. (2)

где σ_i – тепловые проводимости конвекцией и излучением.

Используя выражение (2), определим σ_i :

σ_k1 = α_К1 × S₁ = 4,2 × 0,06 = 0,252 Вт × град.

σ_k2 = α_К2 × S₂ = 4,3 × 0,03 = 0,129 Вт × град.

σ_k3 = α_К3 × S₃ = 6,37 × 0,08 = 0,510 Вт × град.

σ_Л1 = α_Л × S₁ = 5,46 × 0,06 = 0,328 Вт × град.

σ_Л2 = α_Л × S₂ = 5,46 × 0,03 = 0,164 Вт × град.

σ_Л3 = α_Л × S₃ = 5,46 × 0,08 = 0,437 Вт × град.

P = 2× (0,252 + 0,129 + 0,510 + 0,328 + 0,164 + 0,437) × (40 – 20) =

= 2×(1,82 × 20) = 72,8 Вт

Ответ: P = 72,8 Вт