Расчет тепловых режимов аппаратов РЭС основных вариантов исполнения

Тип работы:
Практическая работа
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Министерство образования и науки

Российской федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики

(технический университет)"

Кафедра теоретической радиотехники и радиофизики

«ТЕПЛОФИЗИКА и ТЕПЛОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ»

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ АППАРАТОВ РЭС

ОСНОВНЫХ ВАРИАНТОВ ИСПОЛНЕНИЯ

Студент Серебряков Н. В.

Москва 2011

Расчётное задание № 1

Цель: расчет температуры поверхности кожуха аппарата прямоугольной формы

Вариант №

Таблица 1.1 Исходные данные

Обозначение

Величина

Размерность

0,3000

0,4700

0,2800

20,0

0,500

200,0

Вт

Давление воздуха

450,0

мм. рт. столба

Описание алгоритма расчетов

1. Задаются перегревом кожуха первого приближения. Величина перегрева может иметь произвольное положительное значение, например, = 50.

2. Рассчитывают температуру кожуха первого приближения

.

3. Определяют температуру

.

4. Определяют законы теплообмена для верхней (нижней) и боковой поверхностей по величине произведения критериев.

5. Вычисляют конвективный коэффициент теплоотдачи для нормального давления воздуха для всех трех поверхностей по формулам:

для закона ,

для закона.

Коэффициенты и находят из таблиц для температуры

.

6. Вычисляют конвективный коэффициент теплоотдачи с учетом давления воздуха. Пересчет проводят по формуле

.

7. Вычисляют конвективную тепловую проводимость каждой поверхности кожуха

,

где — верх, бок, дно.

8. Вычисляют суммарную конвективную тепловую проводимость всего кожуха

.

9. Определяют функцию из таблицы или вычисляют по формуле

.

10. Вычисляют лучистый коэффициент теплоотдачи

.

11. Определяют лучистую проводимость

.

12. Вычисляют полную проводимость

.

13. Определяют перегрев кожуха второго приближения

.

14. Определяют температуру кожуха второго приближения

.

15. Вычисляют разброс температур

.

16. Если > 5%, расчеты повторяют с п. 2 для температуры =. Расчеты продолжают до тех пор, пока величина не станет меньше 5%.

Расчеты по приведенному алгоритму приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.2. Предварительные расчеты

Обозначение

Величина

Размерность

0,1410

0,4312

0,7132

Таблица 1. 3

Расчет температуры поверхности кожуха герметичного блока

№ п/п

Обозначение

Цикл 1

Цикл 2

Цикл 3

1

50,00

36,40

39,41

2

70,00

56,40

59,41

3

45,00

38,20

39,70

4

0,30

0,30

0,30

5

0,28

0,28

0,28

6

9,5605

7,6933

8,1450

7

0,3333

0,3333

0,3333

8

7,7730

6,2550

6,6222

9

бок

0,333

0,333

0,333

10

7,4354

6,7930

6,9512

11

5,7195

5,2254

5,3471

12

4,0037

3,6578

3,7430

13

5,2429

4,7899

4,9015

14

4,0330

3,6845

3,7704

15

2,8231

2,5792

2,6393

16

0,7392

0,6754

0,6911

17

1,739

1,589

1,626

18

0,398

0,364

0,372

19

2,876

2,628

2,689

20

7,342

6,862

6,966

21

3,671

3,431

3,483

22

2,618

2,447

2,484

23

5,495

5,075

5,173

24

36,40

39,41

38,66

25

56,40

59,41

58,66

26

24,11

5,07

1,28

Температура кожуха равна 59,41.

По результатам расчетов подготовлена табл. 1.2 для контроля на ЭВМ.

Таблица 1. 4

Данные для контроля на ЭВМ

N п/п

Обозначения

Величина

Ответ ЭВМ

1

Номер варианта

1022

5

2

0,333

5

3

4,901

5

4

0,333

5

5

3,770

5

6

2,639

5

7

3,483

5

8

58,661

5

Итого: 5

Расчётное задание № 2

Цель: расчет температуры нагретой зоны герметичного блока

Вариант № 1022

Таблица 2.1 Исходные данные

Обозначение

Величина

Размерность

0,4000

0,3500

0,3800

0,1140

0,1862

60

200

0,60

0,62

400

мм. рт. ст

1,00

Если коэффициент ориентации N= 1,3, прослойка 1 находится сверху, при N= 1 шасси вертикальное, это означает поворот блока на правый бок.

Описание алгоритма расчетов

1. Задаются перегревом зоны первого приближения.

2. Рассчитывают температуру зоны первого приближения:

.

3. Определяют среднюю температуру

.

4. Определяют функцию

.

5. Вычисляют приведенную степень черноты

.

6. Вычисляют лучистый коэффициент теплоотдачи

.

тепловой герметичный вентиляция аппарат

7. Вычисляют лучистую проводимость

.

8. Определяют по формуле

=, где.

9. Если = 1, определяют

.

10. Определяют коэффициент теплопроводности воздуха.

11. Вычисляют конвективно-кондуктивные коэффициенты теплопередачи и по формулам:

— для неограниченных прослоек (? 0,2);

— для ограниченных прослоек (> 0,2);

— для ситуации, когда горячая поверхность находится выше холодной (N=0,7).

Затем вычисляют по формуле

.

12. Вычисляют поправочный коэффициент, учитывающий влияние давления воздуха:

.

13. Вычисляют с учетом давления воздуха

.

14. Вычисляют конвективные проводимости

.

15. Вычисляют полную конвективную проводимость

.

16. Вычисляют полную проводимость

.

17. Определяют перегрев зоны второго приближения

.

18. Температура зоны второго приближения будет равна

= +.

19. Разброс температур равен:

.

20. Если > 5%, расчеты повторяют с п. 2 для температуры =.

Предварительные расчеты:

Таблица 2. 2

Обозначение

Величина

Размерность

0,1400

0,1710

0,4510

0,8500

0,0798

0,3742

0,4976

0,2133

0,5306

0,5085

Расчеты теплового режима приведены в табл. 2.3.

Таблица 2. 3

Расчет температуры нагретой зоны

№ п/п

Обозначения единицы

Цикл 1

Цикл 2

1

50. 000

40. 155

2

110. 000

100. 155

3

85. 000

80. 078

4

10. 462

10. 020

5

5. 320

5. 095

6

2. 399

2. 298

7

3. 576

3. 576

8

8. 546

8. 120

10

7. 233

6. 873

11

7. 889

7. 496

13

6. 200

5. 891

14

5. 247

4. 986

15

5. 724

5. 439

16

0. 868

0. 825

17

0. 979

0. 930

18

0. 735

0. 698

19

2. 581

2. 453

20

+

4. 981

4. 751

21

40. 155

42. 099

22

100. 155

102. 099

23

9. 829

1. 904

Температура нагретой зоны равна 100. 155.

Для контроля на ЭВМ результаты расчетов сведены в табл. 2.4.

Таблица 2. 4

Контрольные данные для ЭВМ

№ п. п

Обозначение

Величина

Ответ ЭВМ

1

номер варианта

1022

5

2

0. 508

5

3

5. 095

5

4

5. 891

5

5

4. 986

5

6

5. 439

5

7

102. 099

5

Итого: 5

Расчётное задание № 3

Цель: расчет температуры нагретой зоны аппарата с внутренней принудительной циркуляцией воздуха.

Вариант № 1022

Таблица 3.1 Исходные данные

Обозначение

Величина

Размерность

0. 40 000

0. 35 000

0. 38 000

90. 0

0. 6

0. 6200

350

Вт

0. 34

0. 11 400

0. 7000

0. 200

Описание алгоритма расчетов

1. Задаются перегревом нагретой зоны первого приближения, вычисляют температуру нагретой зоны

.

2. Определяют среднюю температуру

.

3. Вычисляют функцию

.

4. Определяют приведенную степень черноты

,

при этом вычисление производится исходя из размеров.

5. Вычисляют лучистый коэффициент теплоотдачи

.

6. Лучистую проводимость вычисляют по формуле

.

7. Находят из таблиц характеристики воздуха при температуре:

.

8. Вычисляют коэффициент

.

9. Вычисляют площадь поперечного сечения аппарата, свободную для прохождения воздуха,

.

10. Площадь аппарата, участвующая в конвективном теплообмене, равна

.

11. Периметр поперечного сечения аппарата, свободного для прохода воздуха, равен

.

12. Эквивалентный диаметр равен

.

13. Вычисляют коэффициент:

.

14. Конвективный коэффициент теплоотдачи будет равен

.

15. Проводимость конвективная равна

16. Проводимость полная будет

.

17. Определяют перегрев второго приближения для нагретой зоны

.

18. Вычисляют температуру зоны второго приближения

.

19. Разброс температур равен

.

Если разброс больше 5%, то принимают и повторяют расчеты, начиная с п. 2.

Расчеты по описанному алгоритму приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.2 Предварительные расчеты:

Обозначение

Величина

Размерность

0. 85 000

0. 39 532

1. 55 000

2. 27 941

0. 5 320

.

0. 5200.

Таблица 3. 3

Расчет температуры нагретой зоны

№ п/п

Обозначения

Цикл 1

Цикл 2

1

50. 000

10. 693

2

140. 000

100. 693

3

13. 310

11. 343

4

6. 921

5. 899

5

2. 736

2. 332

6

115. 000

95. 346

7

3. 299

3. 147

8

0. 681

0. 693

9

2. 450

2. 255

10

2. 594

2. 665

11

55. 414

55. 414

12

42. 851

44. 021

13

29. 996

30. 815

14

32. 732

33. 147

15

10. 693

10. 559

16

100. 693

100. 559

17

39. 037

0. 133

Температура нагретой зоны равна 100. 559.

По результатам расчетов заполняется контрольная табл. 3.4.

Таблица 3. 4

Контрольные данные для ЭВМ

№ п. п

Обозначение

Величина

ответ ЭВМ

1

номер варианта

1022

5

2

0. 520

5

3

5. 899

5

4

2. 665

5

5

55. 414

5

6

44. 021

5

7

0. 058

5

8

0. 343

5

9

100. 559

5

Итого: 5

Расчётное задание № 4

Цель: расчет температуры центральной области нагретой зоны аппарата кассетной конструкции группы А

Вариант № 1022

Таблица 4.1 Исходные данные

.

Величина

Размерность

0. 2500

0. 3100

0. 2100

Число микросхем по оси x

7. 00

Число микросхем по оси y

6. 00

Число микросхем по оси z

15. 00

Мощность

15. 00

Вт

Коэффициент теплопроводности платы

1. 50

Коэффициент теплопроводности микросхемы по оси x

15. 00

Коэффициент теплопроводности микросхемы по оси x

20. 00

Коэффициент теплопроводности микросхемы по оси z

5. 00

Размеры микросхемы по оси x

0. 0179

Размеры микросхемы по оси x

0. 0207

Размеры микросхемы по оси z

0. 0066

Температура кожуха

50. 00

Толщина подложки

0. 0030

Описание алгоритма расчетов

1. Определяют размеры ячейки

,, .

2. Определяют размеры фрагментов ячейки

Таблица 4. 2

№ фрагмента

Ось x

Ось y

Ось z

1

2

3

4

5

6

3. Вычисляют тепловые сопротивления фрагментов ячейки по осям:

,

,

,

,

,

,

,

,

,.

4. Вычисляют тепловые сопротивления ячейки по направлениям x, y, z:

,

,

.

5. Вычисляют коэффициенты теплопроводности по направлениям x, y, z:

,, .

6. За базовую величину выбирают. Вычисляют новые размеры аппарата:

,, .

7. Вычисляют перегрев центральной области аппарата

.

Расчет теплового режима

1. Размеры ячейки

Таблица 45. 3

№ фрагмента

Ось x

Ось y

Ось z

1

0. 0357

0. 0517

0. 0140

2

0. 0179

0. 0207

0. 0066

3

0. 0179

0. 0310

0. 0066

4

0. 0179

0. 0207

0. 0066

5

0. 0179

0. 0310

0. 0066

6

0. 0357

0. 0517

0. 0044

2. Сопротивления фрагментов ячейки

Таблица 4. 4

Фрагмент

Ось x

Ось y

Ось z

1

153. 61

321. 48

1. 08

2

8. 73

8. 77

3. 58

3

3099. 66

9341. 43

423. 43

4

4649. 49

6227. 62

635. 14

5

3099. 66

9341. 43

423. 43

6

5579. 39

11 676. 79

84. 69

3. Сопротивления ячейки по направлениям осей:

Таблица 4. 5

141. 539

296. 963

89. 267

4. Вычисляют эквивалентные коэффициенты теплопроводности

Таблица 4. 6

0. 349

0. 348

0. 085

5. Базовая величина. Старые размеры области с кассетами были

Таблица 4. 7

0. 250

0. 310

0. 210

6. Новые размеры аппарата будут равны

Таблица 4. 8

0. 250

0. 310

0. 425

8. Перегрев центральной области аппарата равен 20. 351.

По результатам расчетов заполняется контрольная табл. 4.9.

Таблица 4. 9

Данные для контроля на ЭВМ

№ п/п

Обозначение

Величина

Ответ ЭВМ

1

Номер варианта

1022

5

2

0. 349

5

3

0. 348

5

4

0. 085

5

5

20. 351

5

Итого: 5

Расчётное задание № 5

Цель: расчет теплового режима аппарата кассетной конструкции группы Б

Вариант № 1022

Таблица 5.1 Исходные данные

Обозначение

Величина

Размерность

0. 3000

0. 2600

0. 2800

60. 00

0. 700

0. 600

200

0. 2500

0. 1980

0. 220

Количество кассет

8

35. 00

зазор

0. 006

Предварительные расчеты

— площадь кожуха

;

— площадь лучистая

;

— приведенная степень черноты зоны

;

— площадь зона-воздух 1 равна

;

— площадь зона — воздух 2 равна

;

где — толщина кассеты, вычисляемая по формуле

.

Описание алгоритма расчетов

1. Задаются перегревом нагретой зоны первого приближения.

2. Определяют температуру нагретой зоны первого приближения

.

3. Средняя температура равна

.

4. Определяем функцию

.

5. Вычисляют лучистый коэффициент теплоотдачи

.

6. Вычисляют лучистую проводимость

.

7. Из таблиц для воздуха находят для температуры величины и;

8. Определяют конвективные коэффициенты теплоотдачи

, и.

9. Вычисляют конвективные проводимости участка зона — кожух:

;;.

;;.

10. Вычисляют перегрев и температуру зоны второго приближения

и.

11. Разброс температур (погрешность вычислений) равен. Если > 5%, расчеты повторяют с п. 2 для температуры.

12. Рассчитываем среднюю мощность кассет и коэффициент нагрузки кассеты

:.

13. Перегрев кассеты 3 будет равен

.

Расчет методом последовательных приближений приведен в табл. 5.2.

Таблица 5.1 Предварительные расчеты

Обозначение

Величина

Размерность

0. 4696

0. 2979

0. 5158

0. 6154

0. 2626

0. 0260

Таблица 5. 2

Расчет температуры нагретой зоны

№ п/п

Обозначение

Цикл 1

Цикл 2

1

50. 00

2

110. 000

3

85. 000

4

10. 462

5

5. 397

6

1. 608

7

0. 031

8

1. 328

9

21. 080

10

5. 146

11

12. 972

12

1. 352

13

14. 324

14

2. 417

15

2. 068

16

3. 676

17

54. 411

18

114. 411

19

3. 856

20

25. 000

21

1. 400

22

117. 023

Средняя температура нагретой зоны равна 117. 023, температура кассеты № 3 равна 117. 023.

Для контроля на ЭВМ результаты расчетов сведены в табл. 5.3.

Таблица 5. 3

Данные для контроля на ЭВМ

№ п. п

обозначение

Величина

ответ ЭВМ

1

номер варианта

1022

5

2

0. 298

5

3

0. 615

5

4

0. 263

5

5

5. 397

5

6

21. 080

5

7

5. 146

5

8

114. 411

5

9

117. 023

5

Итого: 5

Расчётное задание № 6

Цель: расчет теплового режима аппарата с принудительной вентиляцией

Вариант № 1022

Таблица 6.1 Исходные данные

Обозначение

Величина

Размерность

0. 300

0. 250

0. 240

30. 0

0. 700

250. 000

0. 650

0. 600

0. 270

0. 250

0. 144

0. 570

0. 150

l'

0. 020

-10. 00

20. 00

Описание алгоритма расчетов

1. Задаются перегревом кожуха первого приближения, тогда

.

2. Используя алгоритм расчетов теплового режима кожуха задания 1 проводят расчеты с п. 2 по п. 12, определяя полную проводимость участка кожух — среда

.

3. Вычисляют мощность

.

4. Для температуры (в таблице =) определяют теплопроводность, плотность и теплоемкость воздуха.

5. Вычисляют массовый расход воздуха и его удельное теплосодержание:

,.

6. Вычисляют мощность стока

7. Вычисляют величину

8. Температура воздуха на выходе будет равна

9. Вычисляют температуру

10. Вычисляют конвективный коэффициент теплоотдачи

:

11. Вычисляют проводимость и мощность

:, .

12. Вычисляют мощности

и.

13. Вычисляют конвективный коэффициент теплоотдачи, проводимость и перегрев:

,, .

14. Температура зоны второго приближения будет равна

.

15. Вычисляется мощность:

,, .

16. Вычисляется величина

.

Если > 5%, то корректируют величину: если >, то температуру следует уменьшить, если <, то ее увеличивают. При практических расчетах задаются температурами и, например, = 100 оС, =, тогда =(+)/2. Для температуры проводят расчеты с п. 2. Если по окончании > 5%, коррекцию осуществляют следующим образом: если>, то =, если <, то =, в результате чего диапазон … сужается, вычисляют =(+)/2 и повторяют вычисления с п. 2.

Таблица 6.2 Предварительные расчеты:

Обозначение

Величина

Размерность

0. 41 400

0. 26 400

0. 49 091

0. 2 400

Таблица 6. 3

Расчет теплового режима аппарата с принудительной вентиляцией

п/п

Обозначение

Цикл 1

Цикл 2

1

50. 00

2

110. 000

3

85. 000

4

10. 462

5

5. 397

6

1. 608

7

0. 031

8

1. 328

9

21. 080

10

5. 146

11

12. 972

12

1. 352

13

14. 324

14

2. 417

15

2. 068

16

3. 676

17

54. 411

18

114. 411

19

3. 856

20

25. 000

21

1. 400

22

117. 023

По результатам расчетов заполнена контрольная табл. 6.4.

Таблица 6. 4

Данные для контроля на ЭВМ

№ п. п

обозначение

Величина

ответ ЭВМ

1

номер варианта

1022

5

2

0. 298

5

3

0. 615

5

4

0. 263

5

5

5. 397

5

6

21. 080

5

7

5. 146

5

8

114. 411

5

9

117. 023

5

Итого: 5

Библиографический список

1. Верба В. С., Удалов А. И. Тепловое проектирование радиоэлектронных средств. Учебное пособие / Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет) — М., 2005. — 183 с.

2. Удалов А. И. Основы теплообмена в радиоэлектронных системах: Учебное пособие / Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет) — М., 2002. — 60 с.

3. Удалов А. И., Меньшикова Л. В., Шенягин В. П. Методические указания и контрольные задания по курсу «Теплофизика и тепловое проектирование». — М.: МИРЭА, 2006. — 32 с.

4. Захаренко С. К. Теплообмен в РЭА — М.: МИРЭА, 1980. — 114 с.

5. Захаренко С. К. Тепловые режимы радиоэлектронных аппаратов и их обеспечение. — М.: МИРЭА, 1982. — 124 с.

6. Дульнев Г. Н., Тарновский Н. Н. Тепловые режимы электронной аппаратуры. — М.: Энергия, 1971. — 248 с.

7. Дульнев Г. Н., Семяшкин З. М. Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах. — М.: Энергия, 1968. — 360 с.

8. Дульнев Г. Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. — М.: Высшая школа, 1984. — 247 с.

9. Роткоп Л. Д., Спокойный Д. E. Обеспечение тепловых режимов при конструировании РЭА. — М.: Сов. радио, 1976.

10. Битюков В. К., Петров В. А. Методы и средства бесконтактного контроля теплового состояния изделий. — М.: МИРЭА, 1999. — 96 с.

11. Битюков В. К., Петров В. А. Контроль теплового состояния изделий радиоэлектроники из полупрозрачных материалов. — М.: МИРЭА, 2000. — 187с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой