166. Формирование речевых сообщений по правилам и по образцам. Способы сжатия информации в устройствах ввода-вывода речевых сообщений.

При формировании речевых сообщений (ФРС) используются 2 принципа:

1. Компилятивный (ФРС по образцам). В память ЭВМ записываются цифровые образы РС (сделанные диктором). Выводятся РС с помощью алгоритма поиска соответствия алфавитно-цифрового представления сообщений с набором звуковых образов.

2. ФРС по правилам. Имеет набор генераторов формантов, фонем и других фонологических элементов. Генераторы смешиваются и через фильтр выдаются.

Существуют следующие способы сжатия для воспроизведения РС:

1. Алгоритм импульсно-кодовой модуляции.

Это простая дискретизация непрерывного сигнала. По т.Шенона-ФононаF_g mF_c, где m 2. Для лучшего качества берут m=5. Для телефонной линии F_c = 3,5 кГц, значит частота дискретизации F_{g min} = 7 кГц.

Для задания амплитуды n = 5..6 двоичных разрядов. Возьмем F_g = 10 кГц, n = 6.

t = 1/ F_g. Объем памяти образов равен V_ПО = К Т_с, где Т_с – время сообщения.

Получаем коэффициент К_ИКМ = F_g n = 60 Кбит/с.

2. Принцип –модуляции.

Каждый раз преобразуем не значение U(t_i), а значение U(t_i) - U(t_i+1). Тогда коэффициент К_М можно уменьшить в два раза по сравнению с К_ИКМ.

3. Алгоритм кодирования с линейным предсказанием.

Линейные участки (параллельные оси t) можно представить одним амплитудным значением и промежутком времени длительности этого участка. Коэффициент К_ЛПК может быть снижен до 1..2 Кбит/с.

4. Метод частотной корреляции.

В основу положен алгоритм ЛПК, но в памяти хранятся не сами образцы, а только сигналы управления аппаратными средствами, которые сформируют это сообщение. Коэффициент равен К_ЧК = 0,1..0,3 Кбит/с.

№168. Физические основы магнитной записи информации. Горизонтальная и вертикальная магнитная запись.

Для хранения информации на магнитных носителях используются свойства характеристики намагничивания магнитотвердых материалов.

Используются материалы, у которых:H_m = 2010³.. 8010³

B_m = 0,1..0,6 Тл

Используется два способа записи:

1. Продольная (горизонтальная) – магнитное поле вдоль носителя.

2. Поперечная (вертикальная) – магнитное поле поперек носителя.

При горизонтальной записи записывающая головка выполняется из магнитомягкого материала.

U = -k dФ/dt; Ф = f(d, h, a, U),

где а – зазор между магнитной головкой и лентой;h – толщина магнитного слоя.

При вертикальной записи головка выполнена из магнитотвердого материала. Сама магнитная пленка выполнена в виде ферромагнитной подложки, покрытой ферромагнитной пленкой. В этом случае более плотная запись, но сложнее механизм.

№169. Стадии проектирования. Техническое задание. Технический проект.

Стадии разработки конструкторской документации (КД) на изделия всех отраслей промышленности и этапы выполнения работ регламентировано ГОСТ 2.103-68. Он определяет все разрабатываемые устройства и их составные части как изделия.

Любая разработка начинается с технического задания (ТЗ). Требования к ТЗ устанавливает ГОСТ 15.001-73. ТЗ - документ, в котором устанавливаются основные назначения изделия:

• показатели качества, в том числе надежности.

• технико-экономические требования.

• технические и технико-экономические характеристики.

• состав изделия. Обязательно перечислить разрабатываемые покупаемые узлы, сервисная, тестирующая аппаратура.

• запасные инструменты и приспособления (ЗИП). Состав установочных изделий и укладываемых изделий.

• состав ПО: форма представления информации.

• состав КД и программной документации.

На основе общего ТЗ на изделие разрабатываются ТЗ на конкретные устройства и

блоки, входящих в состав всего изделия. Для сокращения объема документации широко применяется вынесение общей части ТЗ. К таковой относятся:

• условия эксплуатации, хранения, транспортировки, электрической прочности, помехозащищенности.

• требования не для всего изделия, а только ряда отдельных устройств из состава всего изделия. К таким можно отнести требования по элементарной базе, к конструкторским модулям и типоразмерам, уровню унификации.

В заключении указывают состав КД, порядок прохождения этапов и стадий, правила

приемки опытных образцов. По окончании проектирования на основе ТЗ составляются технические условия (ТУ) на изделие. ТЗ, как правило, является составной частью официальных договоров и других бух. документов.

Технический проект – совокупность КД содержащих окончательные техническме решения, дающих полное представление об устройстве разрабатываемого изделия и исходных данных для разработки рабочей КД. Этап выполняется, если он требуется.

Технический проект (ТПр) может предусматривать разработку вариантов отдельных составных частей изделия. Тпр присваивается литера Т (ГОСТ 2.120-73) При разработке ТПр:

• принимают конструктивные решения по изделию и его составным частям.

• выполняют все необходимые расчеты, подтверждающие технико-экономические показатели.

• выполняются принципиальные схемы, схемы соединений и т.д.

• проводится анализ техничности изделия и выявляются необходимость для конкретного производства нового оборудования, обоснования его приобретения или разработки.

• разрабатывают, изготовляют и испытывают макеты изделий.

• как и на предыдущих стадиях изделия проверяются на патентную частоту.

По результатам работы оформляется КД. Обязательная документация:

• ведомость ТПр (основной проект)

• пояснительная записка (приложение к ведомости ТПр)

чертеж общего вида.

№170. Стадии проектирования. Техническое предложение. Эскизный проект.

Стадии разработки конструкторской документации (КД) на изделия всех отраслей промышленности и этапы выполнения работ регламентировано ГОСТ 2.103-68. Он определяет все разрабатываемые устройства и их составные части как изделия.

В техническом предложении (ТП) по ГОСТ 2.118-73 содержится совокупность КД, содержащих технические и технико-экономические обоснования, целесообразность разработки изделия. ТП разрабатывается по результатам анализа ТЗ. Разработка ТП может не производится, если его разработка не указана в ТЗ или если это изделие низкого качества.

В ТП рассматриваются варианты возможных решений, сравнительная оценка этих решений с учетом конструкторских, эксплуатационных особенностей разработанных и существующих решений и патентных материалов.

Эскизный проект. ?????????

№171. Стадии проектирования. Рабочая конструкторская документация.

Рабочая конструкторская документация или рабочий проект. На этой стадии производится создание и отработка полного комплекта КД. По результатам изготовления и заводских испытаний документацию корректируют с присвоением литеры О, после проведения государственных, межведомственных испытаний КД корректируют с присвоением литеры О1, затем О2 и т.д.

По рабочей КД изготовляют и испытывают установочную серию. КД корректируют и присваивают литеру «А». По этой документации изготовляют и испытывают головную (контрольную) серию, после чего КД корр-ся с присвоением литеры «Б».

КД, держателями подлинников которых являются др. предприятия, могут применятся только при наличии учтенных копий или дубликатов.

При определении комплектности КД следует различать

• основная КД

• основной комплект КД

• полный комплект КД

Основная КД в отдельности или в совокупности с другими записанными в нем КД,

полностью или однозначно определяет изделие или его состав.

За основную КД принимают:

• для деталей – чертежи деталей

• для сборочных единиц, комплектов – спецификацию.

Изделие, примененное по КД, выполненное в соответствии со стандартами ЕСКД,

записывают в документы других изделий, в которых оно применено, за обозначением своей основной КД.

Основной комплект КД объединяет КД, относящиеся ко всему изделию, т.е. составленное на все данное изделие в целом. Например: сборочный чертеж, схема эл. принципиальная, ТУ, эксплуатационные документы. КД составных частей в основной комплект КД изделия не входят.

Полный комплект КД состоит из основного комплекта КД на данное изделие и основных комплектов КД на все составные части данного изделия, примененные по своей основной КД.

Наименование КД. (ГОСТ 2.102-68)

Оригиналы – документы, выполняемые на любом материале и предназначенные для изготовления подлинника.

Подлинники – документы, оформленные подлинными подписями и выполняемые на материалах, позволяющих снимать копии.

Дубликаты – копии подлинников, обеспечивающие идентичность воспроизведения подлинника, выполненные на любом материале, позволяющем снимать копии.

Копии – документы, выполняемые способом, обеспечивающим их идентичность с подлинником (дубликатом) и предназначенные для непосредственного использования при разработке на производстве, эксплуатации и ремонте изделия. Копии бывают учтенные и обычные.

Учтенные копии – документы, идентичность которых с подлинником поддерживается держателем основного комплекта КД все время существования данного изделия.

№172. Помехи в линиях связи. Емкостная, индуктивная помехи.

Конструктивная реализация соединений в принципиальной схеме, в виде различных линий связи (ЛС) приводит к появлению неоднородности соединений и паразитных параметров.

ЛС относится к электрически “длинной”, если время распространения сигнала больше фронта импульса. “Длинные” соединения делают в виде согласованных, экранированных ЛС.

Массовые соединения обычно выполняются несогласованными, неэкранированными ЛС. Большинство массовых соединений можно отнести к электрически “коротким”.

Помехи, возникающие при конструктивной реализации межсхемных соединений не должны превышать допустимых, а задержки сигналов должны обеспечивать определенное быстродействие. Основные искажающие факторы “длинных” линий – это эффект отражения от неоднородности линий.

Отражения в ЛС между элементами возникают всегда при переходе волны от сопротивления Z1 к Z2, соответственно, они возникают во всех элементах линии.

Конструктивные отражения, как правило, невелики, т.к. волновые сопротивления конструктивных элементов линейны и в правильно спроектированном устройстве отличаются незначительно (в пределах 10-20%). Схемные элементы имеют редко нелинейную входную, выходную характеристики и являются причиной основных отражений сигнала, а следовательно и его искажения.

Эффект отражения приводит к затягиванию процесса установления фронта импульса и возникновению на срезе колебательных выбросов. Степень искажения фронта характеризуется параметрами t связи и t восстановления.

Помехи во взаимодействующих ЛС. Помехи, возникающие в ЛС из-за наличия сигнала в составных линиях, называются перекрестными помехами. Образование этого вида помех обусловлено наличием емкостной и индуктивной паразитной связи между элементами передачи. С увеличением расстояния паразитные связи резко уменьшаются и взаимовлияние исчезает. Взаимодействующие цепи состоят из активной линии и пассивной линии. В зависимости от положения источника и приемника в пассивной линии относительно активной различают согласное включение и встречное. Переходные процессы в 2х взаимодействующих линиях описываются дифурами в частных производных. Точное решение системы дифуров сложное и не имеет смысла, т.к. элементы, плата имеют значительные разбросы по параметрам. Целесообразно выполнить приблизительный расчет на основе разумных допущений. Основной способ упрощения – замена распространенных параметров взаимной связи сосредоточенными. В качестве которых используют значение всего соединения.

Э1

Э2

Э1 – источник сигнала, Э2 – приемник.

акт. Если Э3 – источник, Э4 – приемник, то это согласное

Э3

Э4

линия включение линий, если наоборот, то встречное.

Рассмотрим отдельно емкостную составляющую

пасив перекрестной помехи и индуктивную

линия

Э1

Э2

Эквивалентная схема для емкостной составляющей.

Ссв

Uпс=UaRCсв/tф(1-e^-t/), где=R(Cсв+C), 0<=t<=tф

Бывают отриц. и полож. емкостные помехи. Для ТТЛ эл-тов:

Ссх Rлев Rпр С2 Полож. помеха наводится фронтом, а отриц. – срезом.. Для

Схем ТТЛ характерны след. соотношения:

Rвх>>Rвых(1)>>Rвых(0)

Rвх =2кОм; Rвых(1)=300-500 Ом; Rвых(0)=50-100 Ом

U_c⁺/U_c^- =t⁺ф/t^-ср *Rвых(1)/Rвх(0)

Из полученного выражения следует, что помехаотриц. полярности как мин. В 10 раз больше помехи полож. полярности.

Ia

Д

Э1

Э2

ля индуктивной составляющей:L

Eп=Lв*Iа/tф (Eп- помехи) L

Uп лев=Eп*Rлев/(Rлев+Rпр);

Uп пр=Eп*Rпр/(Rлев+Rпр);

Rлев Rпр

Индуктивная помеха при согласном включении по знаку противоположна перепаду наводящего сигнала. При встречном включении знаки совпадают. При согласном включении помехи взаимно вычитаются, при встречном – складываются.

№173. Методы борьбы с помехами. Рекомендации к проектированию быстродействующих ЭВМ.

Помехи, возникающие при конструктивной реализации межсхемных соединений не должны превышать допустимых, а задержки сигналов должны обеспечивать определенное быстродействие.

При выборе разъемов следует в технических условиях придерживаться рекомендуемых частот, при которых данный разъем применяется.

Таким образом, основная задача при проектировании быстродействующих ЭВМ состоит в выборе типа конструкции и определения допустимой длины линии связи, в выработке требований к таким конструктивным элементам как печатная плата, разъемы и др. элементы.

Необходимо учитывать, что в высокочастотных цепях даже резисторы могут обладать индуктивностью и создавать таким образом помехи.

Полярные конденсаторы не следует применять в цепях переменного тока, а только в цепях пульсирующего тока, где есть значительное смещение. Т.к. полярный конденсатор имеет витки, то он тоже будет создавать помехи, поэтому его используют в паре с керамическим конденсатором.

Методы уменьшения помех. Максимум помех получается при встречном включении, когда индуктивная и емкостная составляющие складываются. При tф больше чем 2,5 можно записать:

Uп_Ua*R*Cсв/tф_u+Ia*Rвх*Lв/tф(Rвх+Rвых)lвз

Uп_- суммарное,tф_u- по напряжению,lвз – взаимное (длина взаимодействующего участка)

В этом случае длительность фронта помехи tф, а амплитуда пропорциональна длине участка взаимодействия и обратно пропорциональна длительности фронта.

Если длительность фронта <т.е. tф<то можно получить направление помехи, если разложить exp в ряд, ограничимся 2мя первыми членами:

Uп_Ua/(1+Co/Cсв +Cсх/(Cсв*lвз)) +Ia/Rвых(Cсв/Lв +Cо/Lв+Cсх/(Lв*lвз))]

Из этого выражения следует, что амплитуда помехи практически не зависит от длины ЛС. Длительность помехи прямо пропорциональна длине ЛС.

Рекомендации:

1 Применение однослойных печатных плат допустимо лишь для низко скоростных устройств, где tф > 2,5где уменьшение амплитуды помехи возможно за счет уменьшения длины участка взаимодействия. Допустимую длину можно определить из условия, что Uп_<Uп допуст. Дляскоростных плат это не подходит.

2 Для монтажа элементов в быстродействующих устройствах необходимо применять многослойные печатные платы с введением металлизированных поверхностей, что приводит к увеличению соотношения: Co/Cсв , Cсв/Lв и Cо/Lв.

Емкостную составляющую перекрестной помехи можно уменьшить, выбирая материал платы с min  ЭДС

3 Трассировка проводников на соседних слоях по ортогональным направлениям.

4 Использовать согласное включение цепей

5 Увеличение расстояния между проводниками, уменьшение длины взаимодействия и площади перекрытия контуров.

6 Введение металлизированных поверхностей на всех свободных участах платы, соединенных с общей цепью.

№174. Кондуктивный перенос. Расчет стандартной кондуктивной составляющей в стандартных телах

Процесс выделения и поглощения тепловой энергии называется теплообменом. Теплообмен может осуществляться: кондукцией, конвекцией и излучением.

Кондукция – непосредственное соприкосновение двух неподвижных сред, не важно каких, газообразных или твердых.

Кондуктивный перенос – это процесс обмена энергией между находящимися в соприкосновении телами или частями тел, обусловленный взаимодействием молекул и атомов этих тел. Если соприкасающиеся тела имеют разную температуру, то за счет теплопроводности возникает поток теплоты, направленный в сторону уменьшения температуры.

Теплообмен кондукцией осуществляется также и между твердым телом и средой, если в среде нет движения, или у поверхности тела существует неподвижная пленка.

Теплообмен кондукцией происходит по закону Фурье, согласно которому для некоторой изотермической поверхности l вектор потока теплоты

_ _ _ _

q= -grad, гдеgradiddx+jd/dykd/dz

i,j,k– ортогональные единичные вектора.

Рассмотрим стационарное одномерное поле температур, изменяющихся лишь в направлении x. Тогдаgradiddx.

gradiddx=(-)/(X2-X1)=const, т.е. имеем стационарный поток;

материал однородный

X1 – исходная поверхность, откуда исходит поток теплоты,X2 – принимающая поверхность.

Следовательно, 2 ,аX1 <X2.

Тогда Q=(-2)/(X2-X1);q(X2-X1) /(-2)

 [Вт/(м*К)]- коэффициент теплопроводности, который равен плотности теплового потока при перепаде температуры в 1К на единицу длины нормали.

q–плотность теплового потока. Для определения всего потока необходимо q*S.

=q*S=(/*S

При расчетах переноса тепла по аналогии с переносом эл. заряда, пользуются понятием тепловой проводимости и теплового сопротивления.

Тепловая проводимость: S/, тепловое сопротивление r=1/S

По аналогии ток,напряжение, r – сопротивление.

Многообразие различных поверхностей можно свести к нескольким стандартным видам. Еслм поверхность имеет достаточно сложную структуру, то ее можно разбить на участки, сводящиеся к тъстандартным видам, а затем применить принцип суперпозиции и найти общий тепловой поток.

Стандартные поверхности:

1Плоскость

1

r_ПЛ= (l2-l1)/*S_ПЛ

2

линецный характер распространения

температур l1

l2

2 Цилиндр

r_ПЛ= 1/(2L)*ln*l2/l1 1

Нелинейный характер распределения

Температур, т.к. внутренняя и внешняя2L

Поверхности имеют различный размер

l1

l2

3 Шар

r_Ц= 1/(4)*(1/l1 – 1/l2)

Распределение температур еще более нелинейное.

Элементы конструкций часто представляют собой соприкасающиеся тела, выполненные из различных материалов. В месте контакта возникает тепловое сопротивление, зависящее от степени неровности соприкасающихся поверхности.

Неровностью принудительно сжатых поверхностей часто можно пренебречь, тогда тепловое сопротивление определяется чистотой обработки, давлением сжатия и физико – механическими свойствами материалов.

По аналогии с тепловым сопротивлением вводится контактное тепловое сопротивление.

r _К = 1/(_Т*S), где_Т- коэффициент теплопередачи.

№175. Конвективный перенос. Общие положения. Свободная конвекция в неограниченном пространстве.

Процесс выделения и поглощения тепловой энергии называется теплообменом. Теплообмен может осуществляться: кондукцией, конвекцией и излучением.

Конвекция – непрерывный обмен охлаждающей среды, которая движется. Обычно это естественный процесс.

Конвекцией называется перенос энергией микрочастиц жидкости, т.е. связан с движением жидкой или газообразной среды.

Конвекция называется естественной, если осуществляется при свободном движении среды за счет разности плотности холодной и горячей областей. Принудительная конвекция – если движения среды происходит под действием внешних сил

Теплообмен конвекцией описывается законом Ньюклина-Никмана. Согласно которому тепловой поток от поверхности тела к среде описывается след. образом:

Фic=i(i-c)*Si, гдеi- коэффициент теплообмена конвекции между повеностью тела и средой.

Конвективный коэффициент теплообмена является функцией многих параметров: физико-механических или кинематических свойств жидкости или газа, а также параметров, характеризующих форму и размеры поверхности, т.е. другими словами та же формула будет иметь вид: Ф=f(c;cт;q;V;OP;Cp;g;a)S, где

c – температура среды; cт – температура стенки прибора;

q – удельный тепловой поток за счет конвекции; V – скорость движения среды;

OP – определяющий размер; кинематическая вязкость; Cp – удельная теплоемкость;

 - плотность среды; - коэффициент теплопроводности среды;

- коэффициент объемного расширения; g – ускорение свободного падения;

a – коэффициент температуропроводимости;

Решение такого уравнения весьма сложно, поэтому основываясь на методах теории подобия и моделирования, математическая связь между множеством определяющих iпараметров обычно определяется в виде соотношения, состоящего в виде 3-х – 5-ти критериев. Тогда последнее уравнение принимает вид: Ф=f(Nu, Gr, Pr (Re))S.

Все критерии безразмерны. Физический смысл безразмерных критериев следующий:

Nu=ic*L/_C – (критерий Нусельта) характеризует соотношение интенсивностей конвективного теплообмена и теплопроводимостей при стенном слое жидкой или газообразной среды.

Bi=_S*L/ – устанавливает связь между полем температур твердого тела и условиями температур его поверхности.

Re=V*L/_C(Рейнолдса) характеризует соотношение сил энергии и трения в потоке теплоносителя

Pr=Vc/a_C – (Прандтля) – характеризует физические свойства среды, где Vc – скорость движения, аa_C =/С* ,( –удельный вес)

Gr=g**L³/²– (Грассгофа) характеризует отношение подъемной и вязкой сил при свободной конвекции в потоке жидкости или газа (при естественной конвекции)

Pe=U*L/a– (Пекле) является мерой отношения конвективного и кондуктивного переноса тепла в потоке среды

Re=Gr*Pr- (Релея) при свободной конвекции

Fo=a*t/L²– (Фурье) – характеризует скорость изменения темного поля тела во времени

Формулы, приведенные выше, являются эмпирическими и их можно применять лишь в тех пределах изменения аргумента, который подтверждается опытом.

Свободная конвекция в неограниченном пространстве.

На основании такого подобия обобщен обширный материал. Известен ряд зависимостей для коэффициента теплоотдачи с одним определяющим коэффициентом. Широкое распространение получила форма, усредняющая влияние температуры на показатель Нусельта.

Nuср =C(Gr*Pr)ⁿ ср. ПостояннаяCиnзависят от произведения (Gr*Pr).

cреднее = 0,5*(cт +cр) – среднее арифметическое. Ст- стенки

Для расчета показателей Грассгофа и Прандтля определяется cреднее, таким образом исключается влияние температуры.

Теплообмен неограниченного цилиндра (вывод элементов тепловой трубы)

При ламинарном движении среды: /=A1((cт-cр)/d^S)^1/8, где d – диаметр (м), А1- табличный коэффициент.

Теплообмен плоской и цилиндрической стенок.

Если выполняется (cт-cр) <= (0,84/L)³, то рассчет по закону ¼ степени, в противном случае по закону 1/3.

Kор[(cт-cр)*L]^1/4- закон 1|4 (Kор – коэффициент ориентации)

Kор*А3*(cт-cр)^1/3*Kн - закон 1|3

Kн=(Pкон. ср./Pнорм.)²ⁿ– учитывает разницу в давлении внутри конструкции и снаружи.n={1/4, 1/3}.

№176. Конвективный перенос. Общие положения. Свободная конвекция в ограниченном пространстве.

Общие положения в 186.

Свободная конвекция в ограниченном пространстве.

Сложный процесс теплообмена в ограниченном, замкнутом пространстве принято рассматривать по аналогии с передачей теплоты путем теплопроводности, что позволяет избежать определенных коэффициентов теплоотдачи в нагретой поверхности. С этой целью вводится понятие об эквиваленте теплопроводности  эк среды между поверхностями теплообмена.

Описание процесса проводят с помощью критериального уравнения

к = эк/f = f*(Gr*Pr), гдек – коэффициент конвекции,f – теплопроводность среды при среднеарифметической температуре стенок.

Для стандартной поверхности: п =к*f/для цилиндра:ц = 2*к*f/(d1*ln(d2/d1));

для шара ш = 2*к*f*d2/(d

Рекомендуется: если Gr*Pr<1000, то к=1, если Gr*Pr >1000, ток=0,18(Gr*Pr)^0,25

Опустим все расчеты, связанные с различными внутренними средами устройств. Ниже приводятся расчетные формулы, только для СУХОГО ВОЗДУХА.

Для плоскости: п 0,45(/)^1/4; для цилиндра:ц0,91*[(d1*ln(d2/d1)]* (/)^1/4

Процесс конвективного теплообмена в ограниченном объеме, имеющего форму параллелепипеда, одна грань которого с размерами l1,l2, находятся при температуре

, а остальные при причем1 >2

ш N[6,25 – 5,25*[1+/(l1*l2)^1/2]^5/3 *B* (/)^1/4,N– коэффициент, уыитывающий ориентацию нагретой поверхностиN={1,1,3}

Анализ показывает, что в узких прослойках при небольших перепадах температур между поверхностями свободная конвекция отсутствует и тепловой поток переносится кондуктивно.

В слоях с меньше 5 мм, конвекция отсутствует вплоть до 100^о. В прослойках сдо 10 мм, начало конвекции имеет место при> 5^о, когда прослойка >10 мм, конвекция начинается при > 0,3^о.

Область между 2-мя субблоками (платами, ребрами радиатора) можно рассматривать как канал.

Рассмотрим плоский вертикальный незамкнутый канал. Высота которого h, глубина В, шириниb. (3 рисунка в конспекте и внизу).

XXX

t1t1t1t1t1t1

b>bкр (1)b=bкр (2)b<bкр (3)

Из-за разности температур между воздухом внутри канала и вне его возникает свободная конвекция. На некотором удалении от входа в канал пограничные слои смыкаются и движение становится стабилизированным.

Скорость vне изменяется с координатойXи при ламинарном движении имеет параболлический профиль в координатеy. Исследование свободной конвекции в вершине канала показало, что на интенсивность теплообмена заметно влияет отношениеbкhи значение [Gr*Pr], а опытные данные хорошо аппроксимируются зависимостью:Nu=c*Gr*Pr*(b/h).

В вершине канала при большой ширине bималой высоте h, пограничные слои могут не пересечься и процесс теплообмена подобен одиночной пластине в неограниченном пространстве.

Существует критическая ширина bкр, при которой пограничные слои смыкаются в конце канала (рис. 2). Приb<bкр пограничные слои смыкаются в начале канала – поток стабилизируется. На участок канала со стабилизированным движениемсреды локольное число Нусельта равно и постоянноNu=4,12, что позволяет определить локальный коэффициент передачи.Nu*f /b.

№177. Конвективный перенос. Вынужденная конвекция. Поперечное движение охлаждающего потока.

Движение среды плоской или цилиндрической поверхности может осуществляться в

3-х режимах: а) Ламинарном б) Переходном в) Турбулентном

Переход от режима а) к в) определяется критическим значением числа Рейнольдса Reкритическое, которое при предельном обтекании плоской стенки обычно принимаем 5*10⁵.

Критериальное уравнение для коэф. теплообмена конвекцией при вынужденном ламинарном движении среды вдоль плоской или цилиндрической поверхности:

Nu=0,66*Re^0,5*Pr^0,43*(Pr с / Pr ст)^0,25

За определяющую температуру здесь принято темп-ру набегающего потока, за определяющий размер – длину теплоотдающей стенки по направлению потока.

Влияние физич. свойств жидкости в зависимости от темп-ры учитывается параметром

Pr^0,43, а влияние направления теплового потока от жидкости к стенке (или наоборот) ижидкости параметром (Prс /Prст)^0,25. Для газов последнее отношение = 1.

При значении Re>5*10⁵ возникает турбулентное движение и уравнение соответственно имеет вид:Nu=0,037*Re^0,8*Pr^0,43*(Prс /Prст)^0,25

Аналогично для ламинарного движения для воздуха можно записать: Nu=0,032*Re^0,8,

Nu=c*L/_C следовательно,ламин = 0,57*_C/L*(V_L/_C)^1/2,турбул = 0,032*_C/L*(V_L/_C)^0,8

Где _C– подвижность среды,L– определяющий размер.

Поперечное движение потока воздуха.

При поперечном обтекании характерный размер обтекания тела: а) для цилиндра – половина длины окружности l^/=r; б) плоскости – длинаl^/ =l; в) прямоугольникаl^/=(a+b).

Соответственно в формулах Nu, вместоLподставляетсяl^/. При значениях числаRe>10 иRe<10⁵уравнения подобия с ошибкой не более 20% можно представить:Nu=0,8*(Re)^1/2.

Пространство может быть замкнутым и разомкнутым. Определяющим размером будет l^/ и скорость движения воздуха между теломV=Gv/Sпотока.

Часто за Sпринимается средняя площадь пространства между телом о ограничивающей его оболочкой.

Для электронных аппаратов с хаотическим расположением элементов параметры l^/иSвыбираются: Sср = Sап *(1-Vg/V). Площадь поперечного сечения корпуса либо его части, где движется поток, в направлении нормально к потоку. Vg и V – объемы пустого корпуса и всех деталей в нагретой зоне.

l^/=ⁿ_i=1l^/_i* Si /ⁿ_i=1Si , l^/и Si – длина траектории потока около детали и площадь этой i-ой детали.

Вынужденная конвекция в трубах и каналах. X

Вкачестве определяющего размера принимается диаметр

для некруглых каналов и труб. dэ=4*S/P, где P – периметр h

сечения независимо от участия любой из сторон в

теплообмене, S –площадь поперечного сечения. lн

На начальном участке до значенийX<lн происходит

Формирование профиля скорости и температуры, пограничные b>bкр слои не сомкнулись, локальный коэффициент теплоотдачи изменяется поX.

При X>lн пограничные слои смыкаются и наступает режим стабилизированного течения. Локальное числоNuсохраняет постоянное значение =4,12.

При X<lн охлаждающая среда – газы, т.е.Pr=1, локальное числоNu=(lн/X)1/2.Nuизменяется вверх с координатой X по приведенной формуле.

Для воздуха длина участка стабилизации может быть оценена как lн=0,01*h*Re, где h – высота канала. Если длина канала меньше lн, то среднее число Nu:

Lк<lн | Nu=6,18*(lн/Lк)^1/2; Lк>lн | Nu=4,12(1+lн/2Lк).

Исследования показывают, что теплообмен в канале при ламинарном движении определяется как факторами вынужденного, так и свободного движения. В формулах выше фактор свободного движения не учтен. При малых значениях Reи более тщательных расчетах рекомендуется (для воздуха):Nu=0,13*(Re)^1/3*Gr^0,1*_L, где

_L– поправочній коєффициент на ограниченность канала.

Gr=g*(cт -c)*(d³/²), где

 - коэффициент объемного расширения; g – ускорение свободного падения;

d – эквивалентный диаметр; - подвижность.

При значениях Re>2000 ламинарный режим нарушается, наступает переходный, который приRe>10⁴, становится турбулентным. Коэффициент теплоотдачи в этом случае мало зависит от граничных условий на поверхности стенок, но зато на теплообмен существенно влияет начальная турбулизация потока и форма входной кромки канала.

№178. Тепловое излучение. Расчет лучистой составляющей нагретого тела.

Тепловое излучение определяется температурой и оптическими свойствами излучающего тела. Энергия излучения переносится со скоростью света, который для вакуума равен С_О, а для вещества – С. Отношение этих скоростей связаны через показатель преломления.n= С_О/C;

Qф=h*f, - энергия фотона,h=6,625*10^-34Дж*с – постоянная Планка,f- частота

По спектру различают излучения:

1. монохроматическое

2. сложное

Если излучение происходит в узком интервале длин волн, то оно называется монохроматическим. Когерентным – одна частота.

Сложным (интегральным) называется излучение в широком диапазоне длин волн. Таким образом, в отличие от других механизмов теплообмена лучистая (спектральная) энергия имеет не только качественную, но и количественную характеристику. Если на пути теплового излучения встречается тело, то тепловая энергия частично отражается от него и частично проходит сквозь него.

Обозначим кол-во падающей энергии - Q, поглощенной - Qa, отраженной - Qz, прошедшей сквозь - Qd.

Q=Qa+Qz+Qd; Qa/Q + Qz/Q + Qd/Qa + r + d = 1,

a - коэф. поглощения; r – коэф. отражения; d – коэф. пропускания. Каждая из этих величин изменяется от 0 до1.

Рассмотрим 3 крайних случая:

1.a=1,r=0,d=0 – вся энергия поглотилась, т.е. такое тело – абсолютно черное.

2.r=1,a=0,d=0 – вся энергия отразилась

2.1. – диффузное отражение происходит при шероховатой поверхности – абсолютно белое тело.

2.2. – зеркальная поверхность- зеркальное тело.

3.d=1,a=0,r=0 – абсолютно прозрачное тело.

Излучательность – отношение лучистого теплового потока к площади, с которой происходит излучение.

Планк установил закон зависимости излучательности от длины волны и темп-ры.

=Ф/S; _=(c1*^-5*h^-2)/exp(c2/(n**)-1);

c1=3,74*10^-16[Вт*м²] – первая постоянная Планка

c2=1,47*10^-2[м*К] – вторая постоянная Планка

Абсолютно черное тело излучает при любой температуре >0 Kлучи всех длин волн, т.е. имеет сплошной спектр излучения.

Определим излучательность черного тела в диапазоне длин волн от 0 до беск-ти. Она описывается след. образом:_=₀^беск _ d = n*₀*T⁴; - з. Стефана-Больцмана

₀= 5,668*10^-3 [ВТ/м²*К] – постоянная Стефана-Больцмана.

Для количественной оценки излучения нагретых тел (нечерных) вводят понятие коэф. черноты теплового излучения. Этот коэф. есть отношение: =Q/Qo=Ф/Фо= o<=1

Q – энергия излучения; Ф – поток излучения; - излучательность. (индекс “0” указывает на черное тело).

Если реальное тело обладает непрерывным спектром излучения, а кривая зависимости излучательности _=f(_) подобна кривой излучательности черного тела, то тело называется “серым”. Серых и черных тел в природе не существует.

Если излучательность зависит от длины волны, то излучение селективное.

На основании экспериментальных данных установлено: цвет поверхности не дает представления о величине .для большинства материалов увеличивается с ростом температуры.

По аналогии с другими видами теплообмена можно записать: тепловой поток от одного тела к другому: Фij=ij(i-j)*Ai.

В этой формуле всясложность процесса теплообмена излучением сконцентрирована в определении величины ij, структура которой определяется:ij=прij*f(ij),

где ij– коэффициент облученности,f(ij)=5,67*10^-8*(i⁴-j⁴)/(i-j).

Коэффициент облученности ijзависит от размеров, формы и взаимной ориентации тел; коэф. чернотыпр зависит от черноты телiиjи также коэффициента облученностиij.

Для теплообмена между неограниченными плоско-параллельными поверхностями 12=21=1. В этом случаепр вычисляется по формуле:пр = 1/(1/1+1/2-1);

Для теплообмена между телом и охватывающей его оболочки: 12=1;21=S1/S2; в этом случае:пр = 1/(1/1+21*(1/2-1)) ;

Если температуры iиjблизки , то расчет можно вести по приближенным формулам,

_ _ _

т.е. f(ij)=0,227*(/100)³, где –среднеарифметическое межлдуiиj( = 0,5(i+j)).