Питома поверхнянева потужність корпуса блоку розраховується:

q_к=P_o/S_к, (5.1)

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

S_к = 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:

м²

Вт/м²

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

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

Рис. 5.1 – Графічний засіб визначення перегріву нагрітої зони Dt_з, (а) і охолоджувального повітря Dt_в (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:

, (5.3)

де t_o – базова температура навколишньої середи;e_i – 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 t_o=24^оС маємо:

для будь-якої поверхні корпуса.

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

t_м = to + 0,5Dt_к, (5.4)

Відповідно маємо:

t_м = 24 + 0,5·29=38,5^оС

Тоді число Грасгофа обчислюється наступним чином:

, (5.5)

де L_опрi – визначальний розмір i-ої поверхні корпуса; b_м – коефіцієнт об’ємного розширення газу: b_м=(t_м+273)^-1; g=9,8 м/с² – прискорення вільного падіння; n_{м –} кінетична глейкість газу, для повітряn_м = 15.5 10^-6 м²/с (табл. 41.10 [5]).

Відповідно маємо:

b_м=(38,5+273)^-1 =3,21·10^-3

і для і-ї поверхні корпуса число Грасгофа:

Число Прандля Pr визначається для визначальної температури t_м 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:

, (5.6)

де l _м – теплопровідність газу, для повітря з табл. 4.10 [3];

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

Відповідно маємо:

Теплова провідність між поверхнею корпуса і навколишнім середовищем визначається:

(5.7)

Відповідно маємо:

Перегрів корпуса в другому наближенні розраховується:

(5.8)

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

Відповідно маємо:

^оС

Помилка розрахунку визначається:

(5.9)

Відповідно маємо:

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

Температура корпуса визначається:

t_к = tо + Dt_ко, (5.10)

Відповідно маємо:

t_к = 24 +28,663=52,663^оС

Тобто температура нагрітого корпуса складатиме приблизно 53 ^оС

Розрахунок температури нагрітої зони

Умовна питома поверхня потужність НЗ визначається:

(5.11)

де Р_з – потужність, яка розсіюється в нагрітій зоні; L₁, L₂, L₃ – відповідно довжина, ширина, висота нагрітої зони.

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

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

Коефіцієнт теплообміну випромінювання між поверхнями нагрітої зони розраховується:

(5.12)

де e _пі – наведений ступінь чорноти i – поверхні НЗ:

(5.13)

де e _{зi –} ступінь чорноти i-поверхні НЗ; e_зн=e_зб=e_зв= 0,91; e_кі – ступінь чорноти i – поверхні корпуса;e_кі=0.9; S_зi – площа i – поверхні НЗ; S_кi – площа i – поверхні корпуса.

Відповідно маємо:

.

Тоді коефіцієнти теплообміну випромінювання між поверхнями нагрітої зони:

По визначальній температурі t_м визначаються числа Прантдля і Грасгофа:

t_м=(t_k+t₀+Δt_з)/2 (5.14)

Gr_i=β_м·g(h_{виз і}³/v_м²)· Δt_з, (5.15)

де h_{виз і} – розмір і-ї поверхні НЗ, що визначається.

Відповідно маємо:

t_м=(52,663 +24+39)/2=57,832^о

b_м=(57,832+273)^-1 =3,023·10^-3

і для і-ї поверхні НЗ число Грасгофа:

.

Число Прандтля Рr визначається для визначальної температури t_м 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:

α_зкн=λ_м/h_н, (5.16)

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

, (5.17)

. (5.18)

Відповідно маємо:

α_зкн= 2,63·10^-2/0,025=1.052,

Теплопровідність між НЗ і корпусом визначається:

, (5.19)

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

Відповідно маємо:

Значення нагрітої зони в другому наближенні розраховується:

, (5.20)

де К_w – коефіцієнт, що враховує внутрішнє переміщення повітря, К_w=0,6 [5]; К_Н2 – коефіцієнт, що враховує тиск повітря усередині корпуса, К_Н2=0.6, [5].

Відповідно маємо:

^о.

Помилка розрахунку визначається:

. (5.21)

Відповідно маємо:

.

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

Температура НЗ розраховується:

t_з=t_o+Δt_зо. (5.22)

Тоді маємо:

t_з=24+40.193=64.193^оС.

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