Основы конструирования РЭС. CALS-технологии. Параметры и характеристики надежности, страница 7

Если q ≤ 20, то можно использовать принудительное жидкостное охлаждение.

Если q ≤ 200, то используется испарительное охлаждение.

Классификация систем обеспечения теплового режима

Термосифон

Принудительная жидкостная конвекция

Жидкостное испарительное охлаждение

Металлические холодильники

Тепловые трубы

Электрический тепловой насос (элемент Пельтье)

ΔЕ= α Δt

α – коэффициент термо ЭДС

Q_{пельтье} = α_п I

Закон Фурье

t₁ > t₂ > t₃

Условие распределения тепла характеризуется градиентом температуры

q=-λ grad t

δ = x₁ – x₂  - толщина стенки

Q=q S

Δt=Q R – перепад температур равен произведению тепла, передаваемого через поверхность на тепловое сопротивление.

Однако на практике удобнее использовать не тепло, передаваемое через поверхность, а мощность.

Δt=P R

R в данных формулах различаются. λ для Q и λ для P имеют разную размерность.

Q [кКл/ч] => λ [кКл/(ч м град)]

P [Вт] => λ [Вт/(м град)]

Для закона Фурье можно использовать электрические аналогии

Тепло	q	Δt	Q	δ/(λ S)	(λ S)/ δ
Электрический ток	q	ΔU	I	R	σ

Δt = t₁ – t₄

Во всех тепловых расчетах нас интересует температура внутри поверхности корпуса.

t₁ – t₂ = R_Σ P

Ограничение метода электрических аналогий: он применим, если на пути от тепла нет дополнительных источников и стоков тепла.

Закон Стефана-Больцмана

Если t₁>t₂, то

Q = Q_A + Q_R + Q_D

1 = Q_A/Q + Q_R/Q + Q_D/Q,

где

A = Q_A/Q – поглощающая способность тела;

R = Q_R/Q – отражающая способность тела;

D = Q_D/Q – пропускающая способность тела;

A, R и D характеризуют способности тела.

A = 1, R = D = 0 – абсолютно черное тело.

R = 1, A = D = 0 –тело, отражающее весь тепловой поток.

D = 1, R = A = 0 – абсолютно прозрачное тело.

ε = Q_A/Q₀ – коэффициент черноты.

Q₀ – энергия, которое могло бы поглотить тело, будучи абсолютно черным.

ε (λ) = Q_A (λ) /Q₀ (λ) – на данной частоте

 – закон Стефана-Больцмана

С₀ = 5,67 – коэффициент лучеиспускания

T₂ и T₁ – абсолютная температура [К] тела, излучающего тепло, и тела, поглощающего тепло.

S – площадь тела, получающего тепло [м²].

Коэффициент ε по поглощению численно равен ε по излучению.

φ – коэффициент облученности.

φ12 = 1

Закон Стефана-Больцмана в форме Ньютона

P = α_л (t₂ – t₁) S

P – мощность [Вт]

α_л – коэффициент лучистого теплообмена [Вт/(м² град)]

α_л = ε_пр f (t₂, t₁)

,

ε_пр ≈ ε₁ ε₂, если ε₁ >0,8, ε₂ >0,8

Коэффициент черноты микромодульного массива = 0,9.

Коэффициент черноты окружающей среды = 1.

Закон Ньютона

P = α_к (t₂ – t₁) S

α_к – коэффициент конвективного теплообмена [Вт/(м² град)]

α_к = α (t₁, t₂, β, λ, C_p, S, ν, a, g, Ф), где

β – коэффициент объемного расширения охлаждающего тела [1/°С];

λ – коэффициент теплопроводности;

C_p – удельная теплоемкость жидкости или газа при постоянном давлении [Дж/(кг °С)];

ν – коэффициент кинематической вязкости жидкости [м²/с];

g – ускорение свободного падения [м/с²];

а – коэффициент теплопроводности тела, определяющий скорость охлаждения тела [°С/(м с²)];

Ф – совокупность геометрических характеристик тела.

Критерии теплового подобия

Следует производить расчет различных систем охлаждения исходя из того, что тепловые процессы протекают одинаково при равенстве соответствующих критериев теплового подобия.

Критерии – это безразмерные соотношения, составленные из параметров, от которых зависит α_к.