Розрахунок температури корпуса

Главная » Каталог статей » Статьи на украинском » Конструювання » Розрахунок температури корпуса

69657

Питома поверхнянева потужність корпуса блоку розраховується:

qк=Po/Sк, (5.1)

де P0 — потужність, яка розсіюється на елементах; Sк — площа зовнішньої поверхні блоку, що визначається:

Sк = 2(L1L2 + L1L3 + L2L3), (5.2)

де L1,L2,L3 — відповідно довжина, ширина, висота корпуса.

Розрахунок теплового режиму засобу проводитиметься не для всього оптоелектронного комплексу, а лише для частини, в якій знаходяться датчики глибини і обертів, блок спряження та блок живлення. Ця частина пристрою виконана у вигляді навісного блоку, який кріпиться до свердлільного станка. Лінійні розміри її корпуса:

L1=10 см – довжина,

L2=3,5 см – ширина,

L3=6 см – висота.

Потужність, яка розсіюється на цих елементах складає Р0=10 Вт.

Відповідно визначаємо:

clip_image002 м2

clip_image004 Вт/м2

По графіку (рис. 5.1, а) визначається перегрів корпусу Dt в першому наближенні.

Для отриманого значення qk при природньому повітряному охолодженні в негерметизованому корпусі маємо Dt=29оС.

clip_image006

Рис. 5.1 — Графічний засіб визначення перегріву нагрітої зони Dtз, (а) і охолоджувального повітря Dtв (6) при різноманітних способах тепловідводу; l – примусове повітряне охолодження в герметичному корпусі; 2 – примусове повітряне охолодження в негерметизованому корпусі; 3 – природне повітряне охолодження в герметизованому корпусі; 4 – природне повітряне охолодження в негерметизованому корпусі.

Далі визначається коефіцієнт променевипускання для верхньої, бокової і нижньої поверхні корпуса:

clip_image008, (5.3)

де to — базова температура навколишньої середи;ei - ступінь чорноти i-ої зовнішньої поверхні корпуса, визначається в залежності від матеріалу корпуса. Для будь-якої поверхні матеріалу корпуса e i=0.5 (табл. 41.9 [5]).

При to=24оС маємо:

clip_image010

для будь-якої поверхні корпуса.

Визначальна температура tм для числа Грасгофа Gr розраховується для кожної поверхні корпуса:

tм = to + 0,5Dtк, (5.4)

Відповідно маємо:

tм = 24 + 0,5·29=38,5оС

Тоді число Грасгофа обчислюється наступним чином:

clip_image012, (5.5)

де Lопрi — визначальний розмір i-ої поверхні корпуса; bм – коефіцієнт об’ємного розширення газу: bм=(tм+273)-1; g=9,8 м/с2 — прискорення вільного падіння; nм - кінетична глейкість газу, для повітряnм = 15.5 10-6 м2/с (табл. 41.10 [5]).

Відповідно маємо:

bм=(38,5+273)-1 =3,21·10-3

і для і-ї поверхні корпуса число Грасгофа:

clip_image014

clip_image016

clip_image018

Число Прандля Pr визначається для визначальної температури tм з табл. 41.10 [5] і в даному випадку дорівнює 0,9.

Визначимо (GrPr)м для кожної поверхні корпуса:

Gr1Pr1=3,418·106

Gr2Pr2=1,465·105

Gr3Pr3=7,382·105

Для умови 500< (GrPr)м<2×107 — режим обтікання газу ламінарний, тобто плавне обтікання.

Коефіцієнти конвекційного теплообміну розраховується для кожної поверхні:

clip_image020, (5.6)

де l м — теплопровідність газу, для повітря з табл. 4.10 [3];

l м=2.6310-2Вт/(м К); Ni — враховує орієнтацію стінки. N1=0, 7, N2=1, N3=1, 3.

Відповідно маємо:

clip_image022

clip_image024

clip_image026

Теплова провідність між поверхнею корпуса і навколишнім середовищем визначається:

clip_image028 (5.7)

Відповідно маємо:

clip_image030

Перегрів корпуса в другому наближенні розраховується:

clip_image032 (5.8)

Де Ккп — коефіцієнт, що залежить від коефіцієнта перфорації (Ккп=0,6 [5]; Кн1 — Коефіцієнт, що враховує тиск повітря. Кн1=0,6 [5].

Відповідно маємо:

clip_image034оС

Помилка розрахунку визначається:

clip_image036 (5.9)

Відповідно маємо:

clip_image038

Оскільки обчислене значення d <0,1, можна зробити висновок, що розрахунок зроблений правильно.

Температура корпуса визначається:

tк = tо + Dtко, (5.10)

Відповідно маємо:

tк = 24 +28,663=52,663оС

Тобто температура нагрітого корпуса складатиме приблизно 53 оС

Розрахунок температури нагрітої зони

Умовна питома поверхня потужність НЗ визначається:

clip_image040 (5.11)

де Рз - потужність, яка розсіюється в нагрітій зоні; L1, L2, L3 — відповідно довжина, ширина, висота нагрітої зони.

За умови, що Рз=10 Вт, та що лінійні розміри НЗ всередині корпуса: L1=9 см – довжина, L2=2,5 см – ширина, L3=5 см – висота, маємо:

clip_image042

Перегрів нагрітої зони в першому наближенні визначається на (рис.5.1) і складає clip_image044.

Коефіцієнт теплообміну випромінювання між поверхнями нагрітої зони розраховується:

clip_image046 (5.12)

де e пі — наведений ступінь чорноти i — поверхні НЗ:

clip_image048 (5.13)

де e зi - ступінь чорноти i-поверхні НЗ; eзн=eзб=eзв= 0,91; eкі - ступінь чорноти i — поверхні корпуса;eкі=0.9; Sзi — площа i — поверхні НЗ; Sкi — площа i — поверхні корпуса.

Відповідно маємо:

clip_image050

clip_image052

clip_image054.

Тоді коефіцієнти теплообміну випромінювання між поверхнями нагрітої зони:

clip_image056

clip_image058

clip_image060

По визначальній температурі tм визначаються числа Прантдля і Грасгофа:

tм=(tk+t0+Δtз)/2 (5.14)

Griм·g(hвиз і3/vм2)· Δtз, (5.15)

де hвиз і – розмір і-ї поверхні НЗ, що визначається.

Відповідно маємо:

tм=(52,663 +24+39)/2=57,832о

bм=(57,832+273)-1 =3,023·10-3

і для і-ї поверхні НЗ число Грасгофа:

clip_image062

clip_image064

clip_image066.

Число Прандтля Рr визначається для визначальної температури tм з табл. 41.10 [5]. В даному випадку число Прандтля дорівнює 0,9.

Перевіримо умову: (GrPr)>1000:

Gr1Pr1=3.155·106

Gr2Pr2=2.762·104

Gr3Pr3=5.41·106

Умова виконується.

Розрахуємо коефіцієнти конвективного теплообміну між НЗ та корпусом:

αзкнм/hн, (5.16)

де λм – теплопровідність газу, для повітря з табл. 41.10 [5], λм=2,63·10-2.

clip_image068, (5.17)

clip_image070. (5.18)

Відповідно маємо:

αзкн= 2,63·10-2/0,025=1.052,

clip_image072

clip_image074

Теплопровідність між НЗ і корпусом визначається:

clip_image076 , (5.19)

де Кб – коефіцієнт, що враховує кондуктивний теплообмін, Кб=0,5 [5].

Відповідно маємо:

clip_image078

Значення нагрітої зони в другому наближенні розраховується:

clip_image080 , (5.20)

де Кw – коефіцієнт, що враховує внутрішнє переміщення повітря, Кw=0,6 [5]; КН2 – коефіцієнт, що враховує тиск повітря усередині корпуса, КН2=0.6, [5].

Відповідно маємо:

clip_image082о.

Помилка розрахунку визначається:

clip_image084. (5.21)

Відповідно маємо:

clip_image086.

Оскільки обчислене δ<0,1, робимо висновок, що розрахунок був проведений вірно.

Температура НЗ розраховується:

tз=to+Δtзо. (5.22)

Тоді маємо:

tз=24+40.193=64.193оС.

Тобто, температура зони розмірами 9´2.5´5 см нагрітої всередині корпусу складає приблизно 64о.

Оставьте комментарий к статье