2. Основные теоретические положения

2.1. Кондуктивный теплообмен

Тепловое сопротивление кондуктивной ветви

L

R_т =  ,

* F

где : L - длина пути теплового потока,

 - коэффициент теплопроводности материала,

F - площадь поперечного сечения теплового потока.

Рис. 2.1. Изображение кондуктивной ветви.

2.1.2. Конвективный теплообмен

Природа конвекции - перемешивание объемов с разной температурой, плотностью. Конвективный теплообмен происходит между твердым телом и газом или жидкостью. Конвективное сопротивление R_конв зависит от температурных напоров: чем больше разница, тем интенсивнее конвективный теплообмен; чем больше площадь поверхности, тем больше интенсивность теплообмена.

Рис. 2. 2. Модели конвективного теплообмена.

Рис.2.3. Коэффициенты для учета направления теплообмена.

На рисунке 2.2 показаны электротепловая (а) и тепловая (б) модели конвективного теплообмена. В электротепловой модели температура окружающей среды задается с помощью источника ЭДС. Конвективный теплообмен зависит от ориентации поверхности в пространстве. На рисунке 2.3 представлены коэффициенты, учитывающие ориентацию поверхности. Тепловое сопротивление конвективной ветви:

1

R_конв =  ,

_к* S

где:

t₁ - t₂

_к = к A₂(t₁,t₂) ( )^m ,

L₀

S - площадь поверхности,

_к - конвективный коэффициент теплообмена,

к - коэффициент ориентации поверхности в пространстве,

A₂ - коэффициент, зависящий от температуры поверхности (t₁) и температуры среды (t₂),

L₀ - определяющий (минимальный) размер поверхности в плане,

m – показатель степени (закон степени 1/8, 1/3 или 1/4).

Закон степени 1/8 - при охлаждении тонких, длинных стержней, режим - ламинарный, теплообмен незначительный.

Закон степени 1/4 - интенсивное ламинарное движение теплоносителя, теплообмен выше, чем в предыдущем случае.

Закон степени 1/3 - вихревое движение теплоносителя, теплообмен наиболее интенсивный из рассмотренных случаев.

R_конв рассчитывается в программе итерационным методом: задаемся R_конв, подставляем, рассчитываем тепловой режим (t₁), уточняем значение R_конв и т. д. до необходимой точности.

2.3. Лучистый теплообмен

Лучистый теплообмен происходит:

1) между твердыми телами,

2) между твердым телом и окружающей средой.

На рисунке 2.4 показаны совместные электротепловая (а) и тепловая (б) модели лучистого и конвективного теплообменов.

1

R_л =  ,

_л * S

где _л = _л  F(t₁, t₂),

_л - лучистый коэффициент теплообмена, _л - приведенная степень черноты поверхности, равная произведению степеней черноты излучающего и принимающего тел;

Рис. 2.4. Модель лучистого и конвективного теплообменов.

 - коэффициент облученности (доля излучения, попадающая на соседнее тело или в окружающую среду), S - площадь поверхности излучающего тела.

Тепловое сопротивление лучистой ветви:

1

R_л = ,

5,67*10^-8 _п  (t₁- t₂) (t₁²- t₂²)S

где: t₁,t₂ - температуры поверхностей теплообмена.

Входные параметры для расчета теплового режима - данные о структуре тепловой модели, а также значения рассеиваемых на радиоэлементах мощностей, геометрические размеры элементов конструкции и т. д.