3. Зразки виконання роботи

Примітка. Текст курсової роботи – Times New Roman (14), інтервал ­–1.5.

Для розрахунку ребристого радіатора з вільною конвекцією представлено повний варіант курсової роботи, а для інших варіантів подано початкові дані та розрахунок теплових режимів радіатора (решта пунктів курсової роботи типові для всіх варіантів).

3.1. Зразок розрахунку ребристого радіатора з вільною конвекцією

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ і НАУКИ, молоді та спорту УКРАЇНИ

ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ЮРІЯ ФЕДЬКОВИЧА

Факультет комп’ютерних наук

Кафедра комп’ютерних систем та мереж

Андрій петренко

Розрахунку ребристого радіатора з вільною конвекцією

(Курсова робота)

Чернівці, 2012

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича

Факультет комп’ютерних наук

Кафедра комп’ютерних систем та мереж

ЗАТВЕРДЖУЮ

завідувач кафедри

доктор фіз.-мат. наук, проф.

________ С.В. Мельничук

„____” _________ 2012 р.

Розрахунку ребристого радіатора з вільною конвекцією

ЛИСТ ЗАТВЕРДЖЕННЯ

УЗГОДЖЕНО

Керівник проекту

канд. техн. наук

_________ А.П. Федоренко

„____” ________ 2012 р.

Виконавець

студент 2-го курсу

__________ А.Я. Петренко

„____” ________ 2012 р.

2012

ЛЗ

ЗМІСТ

Вступ .......................................................................................... 3

1. Початкові дані ..................................................................

2. Розрахунок теплових режимів радіатора ........

Висновки ..................................................................................

Список використаних джерел ....................................

Додаток .....................................................................................

Вступ

Дана курсова робота призначена для закріплення практичних навичок, отриманих при вивченні курсу „Основи конструювання обчислювальної техніки”.

Курсова робота виконуються згідно варіанту № 0.

Мета курсової роботи полягає у розрахунку теплових режимів роботи радіатора і виборі його типу, розрахунку температури радіатора та його геометричних розмірів, виконанні креслення радіатора...

1. Початкові дані

Дано:

Тип радіатора – ребристий, охолодження за допомогою вільної конвекції.

P = 13.5 Вт; R_ПК = 2,5 К/Вт; R_KP =0.4 К/Вт; t_ПM = 140 °С; t_C = 25 °С; ε = 0.8; λ = 210 Вт/К.

2. Розрахунок теплових режимів радіатора

1. Розглянемо рівняння (1):

t_П – t_C = (t_П – t_K) + (t_K – t_P) + (t_P – t_C).

З урахуванням того, що

θ_ПK = t_П – t_К = Φ R_ПK,

θ_KР = t_К – t_Р = Φ R_KР,

рівняння (1) набуває вигляду

t_Р = t_П - Φ (R_ПK + R_КР).

Згідно даним і врахувавши, що Φ = P, одержимо максимальну температуру радіатора в місці кріплення НПП:

t_Р = t_ПМ – Φ (R_ПK + R_КР) = 140 – 13.5 (2.5 + 0.4) = 100.85 °C.

2. Згідно таблиці 1 в першому наближенні приймаємо, що коефіцієнт К_НР =0.96, тобто попередньо орієнтуємося на розмір L = 80 ∙ 10^-3 м. Отже в першому наближенні площа квадратної основи радіатора А^І = 6400 ∙ 10^-6 м², а густина теплового потоку

 = 2.1 ∙ 10³ Вт/м².

Згідно формули (9) перегрів радіатора дорівнює

θ_SC = t_S – t_C = [(t_П – t_C) - Φ (R_ПК + R_KP)] ∙ K_HP = (t_P – t_C) ∙ K_HP =

= (100.85 - 25) ∙ 0.96 = 72.82 °C.

Середній перегрів θ_SC дещо зменшимо за рахунок коефіцієнта K_HP. Тому робимо друге наближення, приймаючи K_HP = 0.92. Тоді L = 120 ∙ 10^-3 м, А^ІІ = 0.0144 м²,

 = 0.938 ∙ 10³ Вт/м².

θ_SC = (t_P – t_C) ∙ K_HP = (100.85 - 25) ∙ 0.92 = 69.78 °C.

Згідно графіків (рис. 7) значення q =0.938 ∙ 10³ Вт/м² при θ_SC = 69.78 °С > 50 °С попадає в область, що відповідає ребристому радіатору при вільній конвекції.

3. З конструктивних міркувань приймаємо:

форма основи – квадрат (L×L = А),

L = 120 ∙ 10^-3 м,

α_еф = = 13.44 Вт/м²К,

де площа основи А = 0.0144 м².

Основа радіатора з однієї сторони має ребра, з іншої сторони до неї кріпиться НПП. Ребристий радіатор встановлюємо у вертикальному положенні, канали між ребрами направлені теж вертикально.

4. Згідно рис. 8,а даному типу радіатора при α_еф = 13.44 Вт/м²К та θ_S = 69.78 °С з деяким запасом відповідає зона 11. Тоді згідно таблиці 2 вибираємо наступні розміри ребер:

• висота ребра h = 12.5 мм;

• крок ребер b = S^//_ш = 5 мм;

• товщина ребра δ = δ₁ = 1 мм;

• довжина ребер L = 120 мм.

5. Кількість тепла, що конвективно віддається поверхнями ребер радіатора, визначається формулами (14) та (15):

,

,

де N – кількість ребер радіатора;

λ_P – коефіцієнт теплопровідності матеріалу ребра, Вт/мК;

A_p – площа поперечного перерізу ребра, м;

θ₁ – перегрів основи радіатора;

α_K – коефіцієнт конвективної тепловіддачі, Вт/м²К.

Заданими є значення λ_P та h. Визначимо:

A_p = L ∙ δ = 120 ∙ 10^-3 ∙ 1 ∙ 10^-3 = 0.120 ∙ 10^-3 м².

.

Приймаємо N = 20.

,

де t_p – ще невідоме.

Значення m теж неможливо визначити, бо треба знайти спочатку α_K. Значення α_K краще шукати в залежності від перегріву θ₁ з допомогою теплових характеристик. Це краще робити з врахуванням радіаційної складової α_в.

6. Теплопередача шляхом випромінювання при перегріві θ_PC = t_S - t_C визначається формулою

Φ_в = α_вA_в(t_S - t_C),

де А_в – площа поверхні випромінювання радіатора;

A_в = 2L[(N -1)(b+δ) + δ] + 2h L N = 2 ∙ 120 ∙ 10^-3 [(20–1)(5+1) ∙ 10^-3 + + 10^-3] + 2 ∙ 12.5 ∙ 10^-3 ∙ 120 ∙ 10^-3 ∙ 20 = 0.088 м²;

t_S – середня температура ребра радіатора,

і поки що не може бути визначеною.

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням

α_В = ε ψ f(t_S, t_C),

де ε – приведена ступінь чорноти, дано ε = 0.8;

ψ – коефіцієнт опромінювання

.

Функція f(t_S, t_C) визначається згідно таблиці (додаток А).

7. Переходимо до визначення теплової характеристики радіатора Φ = Φ(θ_S).

7.1. Задаємося значенням перегріву основи радіатора θ₁ = 20 °C. Тоді температура радіатора

t_P = t_C + θ₁ = 25 + 20 = 45 °C.

Середня температура прошарку повітря навколо ребра

t_m = 0.5 (t_P + t_C) = 0.5(45 + 25) = 35 °C.

Оскільки ребро і канали між ребрами розташовані вертикально, то визначальний розмір конвективного теплообміну

L = L₁ = 120 ∙ 10^-3 м.

Оскільки

то степінь закону кондуктивного теплообміну n = 1/4.

Коефіцієнт конвективної тепловіддачі ребра

α_K = a₂∙N∙ = 1.35 ∙ 1 ∙ 20^1/4 = 2.85 Вт/м²К.

Коефіцієнт a₂ визначений з таблиці (додаток Б).

Характеристичний параметр ребра

.

Периметр поперечного перерізу ребра

U = 2(L + δ) = 2 (120 + 1) ∙ 10^-3 = 0.242 м.

Площа поперечного перерізу ребра

A_P = Lδ = 120 ∙ 10^-3 ∙ 1 ∙ 10^-3 = 0.120 ∙ 10^-3 м².

Тому при θ₁ = 20 °С

= 5.23 м^-1.

Конвективна складова потужності теплового потоку радіатора

=

= 20 ∙ 210  ∙ 5.23  ∙ 0.120 ∙ 10^-3 ∙ 20 ∙ 0.0653 = 3.44 Вт.

Було враховано, що

mh = 5.23 ∙ 12.5 ∙ 10^-3 = 0.0654,

а

th(mh) = th(0.0654) = 0.0653.

Визначимо середню температуру ребра радіатора

= 44.95 °С ≈ 45 °С.

Було враховано, що

.

Скориставшись таблицею знаходимо, що

f(t_S, t_C) = f(45, 25) = 6.66.

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням

α_В = εψ f(t_S, t_C) = 0.8 ∙ 0.17 ∙ 6.66 = 0.905 Вт/м²К.

Радіаційна складова теплового потоку радіатора при θ₁=20 °С або при t_S = 45 °С дорівнює

Φ_В = α_В A_В(t_S - t_C) = 0.905 ∙ 0.088 ∙ 20 = 1.59 Вт.

Таким чином, при θ_SC = 20 °С або θ_P = 45 °C сумарний тепловий потік радіатора

Φ₁ = Φ_K + Φ_В = 3.44 + 1.59 = 5.03 Вт.

7.2. Задаємося перегрівом основи радіатора θ₂= 40 °C.

Температура радіатора

t_P = t_C + θ₂ = 25 + 40 = 65 °C.

Середня температура прошарку повітря навколо ребра

t_m = 0,5(t_P + t_C) = 0.5(65 + 25) = 45 °C.

Степінь закону кондуктивного теплообміну згідно тієї ж самої нерівності n =1/4.

Конвективний коефіцієнт тепловіддачі

α_K = a₂∙N∙ = 1.33 ∙ 1 ∙ 45^1/4 = 3.44 Вт/м²К.

Характеристичний параметр

= = 5.75 м^-1.

Тепловий конвективний потік

=

= 20 ∙ 210  ∙ 5.75 ∙ 0.120 ∙ 10^-3 ∙ 40 ∙ 0.072 = 8.35 Вт.

Враховано, що при mh = 0.072, th(0.072) = 0.072.

Середня температура ребра

= 64.9 °С ≈ 65 °С.

Враховано, що ch(mh) = 1.0026.

f(t_S, t_C) = f(65, 25) = 7.37.

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням

α_В = εψ f(t_S, t_C) = 0.8 ∙ 0.17 ∙ 7.37 = 1.00 Вт/м²К.

Тепловий радіаційний потік

Φ_В = α_В A_В(t_S - t_C) = 1.00 ∙ 0.088 ∙ 40 = 3.52 Вт.

Сумарний тепловий потік при θ₁ =40 °C

Φ₂ = Φ_K + Φ_В = 8.35 + 3.52 = 11.87 Вт.

7.3. Будуємо теплову характеристику радіатора по трьох точках (рис. 3.1):

θ₀ = 0 °C, Φ₀ = 0 Вт;

θ₁ = 20 °C, Φ₁ = 5.03 Вт;

θ₂ = 40 °C, Φ₂ = 11.87 Вт.

Рис. 3.1. Теплова характеристика радіатора

Знаючи потужність НПП Р = Φ = 13.5 Вт, знаходимо з допомогою теплової характеристики справжній нагрів основи радіатора: θ_P = 45 °C.

Температура радіатора в місці кріплення НПП

t_P = θ_P + t_C = 45 + 25 = 70 °C.

Температура p-n переходу НПП

t_П = t_P + Φ (R_ПК + R_KP) = 70 + 13.5(2.5 + 0.4) = 109.15 °C,

що менше гранично допустимої t_ПМ =140 °С. Радіатор задовольняє основній умові задачі. Отже потужність 13.5 Вт вибраний радіатор відводить при t_P =70 °C, t_П =109.15 °C.