Быстрый поиск

Дипломная работа: Конструювання обчислювальної техніки

Теплопровідність газів лежить у межах: (тільки у гелію і водню ці значення у п’ять разів більші). З ростом абсолютно температури Т їх теплопровідність зростає практично лінійно.

Теплопровідність рідин лежить в межах . Проте якщо в асоційованих рідинах (вода та ін.) з ростом Т значення λ зростають згідно параболічного закону, то у неасоційованих рідин (бензол та н.) з ростом Т значення λ падають згідно параболічного закону.

Теплопровідність металів лежить в межах . У чистих металах при зростанні Т значення λ падає згідно параболічного закону, у сплавах – зростає лінійно.

Значення теплопровідності діелектриків лежить в межах . З ростом абсолютної температури Т значення λ зростає майже параболічно.

Особливе місце займають алмази (природні і штучні). Вони мають особливо високу теплопровідність . Це визначає їх широке застосування в електронній техніці (напівпровідников прилади, інтегральні мікросхеми, тощо). Алмази дозволяють зменшити теплов опори між кристалами та корпусом.

Для зменшення теплового навантаження елементів електронних приладів потрібно:

· використовувати матеріали з високим значенням λ;

· збільшувати площу контакту елементів теплопроводів;

· зменшувати шляхи теплопотоків.

Для цього потрібно знімати з контактів лаки, фарби, зменшувати шорсткість поверхонь збільшувати тиск між ними, в якості прокладок використовувати пасти високо провідності, застосовувати шини між елементами і корпусом, замінювати гумов прокладки на свинцеві, застосовувати самонарізні гвинти.

В якості теплопровідних найбільше застосування знайшли такі матеріали:

· мідь і алюміній для зниження контактного опору;

· кадмій і олово для покриття елементів;

· свинець, мідь, алюміній для виготовлення прокладок.

1.6 Передача теплової енергії конвекцією

1.6.1 Конвективна тепловіддача

Мова йде про передачу тепла з поверхні твердого тіла в газ або рідину, як переміщуються відносно поверхні. Цей процес суттєво залежить від стану нагрітого середовища. Конвекція завжди супроводжується теплопровідністю

де q- поверхнева густина теплового потоку;

- теплопровідна складова;

- конвективна складова.

Якщо швидкість переміщення V газу чи рідини відносно поверхні тіла падає до нуля, то . Якщо ж ця швидкість досягає високих значень, то . У більшості практичних задач .

Процес конвекції формально (математично) зводиться до процесу теплообміну (тіло - рідина). Цей процес називається конвективною тепловіддачею та виражається формулою Ньютона:

, (1.13)

де А - площа поверхні тепловіддачі;

- конвективна теплопровідність, ;

- коефіцієнт конвективно тепловіддачі, .

Формула Ньютона виглядає як лінійна функція, але справа в тому, що коефіцієнт конвективної тепловіддачі складним чином суттєво залежить від багатьох теплофізичних та гідродинамічних факторів. Коефіцієнт конвективної тепловіддач розглянемо як функцію

, (1.14)

де - температура тіла;

- температура середовища;

- коефіцієнт термічного розширення середовища;

- теплопровідність середовища;

- теплоємність середовища;

- коефіцієнт динамічно в’язкості середовища;

- густина середовища;

- визначальний розмір тіла;

- прискорення земного тяжіння.

В залежності від конкретних умов (1.14) може набути досить простого вигляду. Теорія подібності дає ряд критеріїв, які дозволяють класифікувати задачу визначення αK по значеннях цих критеріїв. Формула (1.14) в залежності від конкретних умов набуває декількох характерних форм, кожна з яких значно простіша базової формули.

1.6.2 Вільна конвекція в необмеженому просторі

Значення αK в першу чергу залежить від стану граничного шару рідини. Для тіл з одним визначальним розміром L (вертикальні плити, стінки, довгі провідники) широкого застосування набула емпірична формула:

деPr- число Прантля, , ;

Gr- число Грасгофа, ;

Nu- число Нуссельта, ;

c, n емпіричні коефіцієнти;

m ндекс, який означає, що фізичні параметри рідини беруться для середньо температури

. (1.15)

В залежності від значення комплексного критерію розрізняють чотири типових ситуації, як характеризуються певним режимом руху рідини та значеннями С і n (таблиця 1.1).

Таблиця. 1.1.

Режими руху рідини

№	Значення	c	n	Режим руху рідини
1		0,5	0	Плівковий
2		1,18	1/8	Перехідний до ламінарного
3		0,54	1/4	Ламінарний
4		0,135	1/3	Турбулентний

Формула (1.15) універсальна в тому розумінні, що стосується різних середовищ (повітря, водень, вуглекислий газ, мастила тощо). Нас ця формула цікавить з точки зору застосування до електронних схем, тобто коли середовищем є повітря.

Форма поверхонь тіл зводиться до трьох базових поверхонь: площина, сфера, циліндр.

Ц поверхні характеризуються одним визначальним розміром L та орієнтацією поверхн в середовищі (повітрі). Орієнтація характеризується значенням параметра N. Основні випадки орієнтації поверхні наведемо у вигляді таблиці 1.2.

Чотири характерні режими конвективної тепловіддачі пов’язують зі значенням емпіричного ндексу n і називають законом ступеня n. Розглянемо кожний з чотирьох законів та дамо відповідні формули визначення конвективної тепловіддачі.

Таблиця 1.2.

Орієнтація поверхні в середовищі

№	Поверхня та орієнтація	L	N
1	Горизонтальний циліндр	d – діаметр	1,0
2	Вертикальна пластина чи циліндр	H – висота	1,0
3	Горизонтальна пластина: а) нижня площина б) верхня площина	Lmin - мінімальний розмір площини	0,7 1,3

Закон ступеня нуль. Біля поверхні тіла утворюється майже нерухома плівка нагрітого повітря. Теплообмін відбувається практично за рахунок теплопровідності. Такий режим теплообміну має місце при незначних перепадах температур (θ=Т-ТС) для тіл з малими розмірами та плавними формами.

Закон ступеня 1/8. Такий закон має місце при відносно невеликих перепадах температур для тіл з малими розмірами та різкими формами. Наприклад, при охолодженн тонких довгих стержнів. Режим руху теплоносія - перехідний до ламінарного. Інтенсивність теплообміну незначна. Має місце формула:

, (1.16)

де d - діаметр стержня;

. (1.17)

Закон ступеня 1/4. При цьому законі на поверхні тіла відбувається ламінарний рух. Здійснюється значний конвективний теплообмін. Така картина спостерігається біля ребер радіаторів, на поверхні плоских та циліндричних апаратів середнього розміру. Має місце формула:

, (1.18)