Елементи теорії теплових ланцюгів. Способи охолодження реа і їх вибір на ранній стадії проектування

ЛЕКЦІЯ 14

Основні рівняння теплообміну (10.12) (Фур'є, Ньютона-Ріхмана і Стефана-Больцмана) можуть бути представлені в узагальненому вигляді:

(14.1)

де m - індекс, що характеризує механізм теплопереносу;

F_m - тепловий коефіцієнт;

Т₁ і Т₂ - температура двох ізотермічних поверхонь, між якими відбувається обмін тепловою енергією, або температура тіла і навколишнього середовища. Якщо між цими поверхнями відсутні стоки і додаткові джерела теплової енергії, то тепловий коефіцієнт має сенс теплового опору.

(14.2)

Існує аналогія між протіканням струму в провіднику і перенесенням тепла. Аналогами при цьому є: різниця потенціалів і різниця температур, електричний струм і тепловий потік, електричний опір і тепловий опір. Ця обставина дозволяє аналізувати процеси теплообміну, користуючись добре розробленими методами аналізу розгалужених електричних ланцюгів. Так передача теплоти через складові стінки може бути представлена ​​в наступному виді

Рис.14.1

Теплова модель системи з двох тіл з внутрішніми джерелами тепла Q₁ і Q₂ і температурами t₁, t₂ розташованих на значній відстані один від одного і оточених "спокійним" середовищем показана на рис. 15.2.

Рис.14.2

Для теплового ланцюга, так само як і для електричної, справедливі закони Кірхгофа. Тоді система рівнянь теплового балансу для системи з N тіл, в кожному з яких діє джерело тепла з потужністю записується у вигляді:

(14.3)

де - теплова провідність.

Відзначимо, що в цьому випадку Середа може бути представлена ​​як N + 1 тіло.

Якщо потужність джерел тепла, коефіцієнти теплопровідності окремих частин системи і її коефіцієнт теплообміну не залежать від температури, то як випливає з (15.3), в будь якій j-ой точці системи стаціонарна температура наступним чином залежить від потужності джерел (принцип суперпозиції теплових полів).

(14.4)

Проте в загальному випадку теплові коефіцієнти (опору) залежать від коефіцієнта теплообміну і теплопровідності, а останні змінюються з температурою, через що система рівнянь теплового балансу в загальному випадку є нелінійною.

Як приклад складемо теплову модель для конструкції одноблокової РЕЗ в герметичному виконанні (рис. 14.3).

Рис.14.3

Теплова енергія виділяється пакетом субблоків передається конвекцією повітря, що знаходиться всередині корпусу (R_з-в). Від повітря теплова енергія конвекцією передається до корпусу (R_в-к) і корпусом розсіюється в навколишнє середовище за рахунок усіх трьох механізмів теплопередачі (R_к-с). Крім того від пакету субблоків - нагрітої зони тепло до корпусу передається кондукцією за елементами кріплення і монтажу (R_з-к, кондукція) і випромінюванням

(R_з-к променисте). Тобто загальна теплова схема такої РЕЗ буде мати вигляд (див. рис. 14.4).

Рис.14.5

Рівняння теплового балансу для всіх вузлових точок (закон Кірхгофа)

(14.5)

Ця система рівнянь визначає необхідні для подальшого конструкторського аналізу температури.

У випадку, якщо присутні всі три механізми переносу теплоти одночасно і не надають помітного впливу один на одного, так що їх можна розглядати окремо, то тепловий потік Ф₁₂ між ізотермічними поверхнями 1 і 2 буде дорівнювати:

Ф₁₂=Ф_12т + Ф_12л = (s_12к + s_12т + s_12л)(Т₁ – Т₂)

Загальний термічний опір Rij або загальна теплова провідність:

що еквівалентно паралельному з'єднанню цих опорів.

Дата добавления: 2014-01-07