Рис. 22.1. Изображения одноблочной герметической РЭА:

а -схематическое (кожух в форме параллелепипеда)} б -схематическое (кожух цилиндрической формы); в--условное (горизонтальное шаеси)} а-условное (вертикальное шасси); /, 5 -свободные объемы! 2-нагретая зона.

жении температуру нагретой зоны. Результаты расчета позволяют сделать вывод о рациональности расположения узлов (элементов) внутри нагретой зоны, способе их крепления к несущим узлам, необходимости тепловых экранов, местного охлаждения и т. д.

На третьем этапе с помощью уравнений типа (22.1) определяют температуры характерных областей (точек) внутри узлов (деталей), например коллекторных переходов, проводящих слоев, и т. д. Сопоставляя полученные значения температур с заданными, можно определить надежность работы узла (элемента).

Расчет теплового режима аппарата на основе модели с нагретой зоной может быть использован для аппаратов как с естественной, так и с вынужденной конвекцией. При расчете аппарата с вынужденной конвекцией сначала определяется расход охлаждающей среды. Наилучшие результаты модель с нагретой зоной дает при расчете аппаратов с естественной конвекцией.

Для ряда конструкций РЭЛ оказалось возможным разработать графики и номограммы, позвбляющие быстро оценить температуры tif и /яз в некоторых интервалах изменения параметров аппаратов. Наибольшей простотой обладает коэффициентный метод, когда значения f и /пз получают перемножением коэффициентов, приведенных на графиках (§ 22.2.).

Для аппаратов с интенсивной естественной конвекцией (перфорированных) и с вынужденной конвекцией возможен другой подход. Сначала определяют распределение скоростей и температур среды внутри аппарата, а затем по уравнениям типа (22.1) и (22.2) находят температуру области внутри узла (элемента).

Тепловые сопротивления и тепловые коэффициенты

Между протеканием тепла через твердое тело и электрического тока через проводник существует аналогия. Ее называют электротепловой. Аналогом температуры является электрический потенциал, теплового потока (рассеиваемой мощности) - электрический ток. Тогда уравнение тепловой характеристики будет соответствовать математическому выражению закона Ома, а коэффициенты R F - электрическому сопротивлению. Пользуясь электротепловой аналогией, можно составлять эквивалентные тепловые схемы а для расчета сложных тепловых сопротивлений применять законы Кирхгофа.

Тепловые сопротивления принято делить иа внутренние, внешние, контактные и смешанные (сложные). Под внутренним сопротивлением i?b понимают тепловое сопротивление, которое преодолевает тепловой поток, проходя путь от внутреннего теплового источника к поверхности тела. Под внешним тепловым сопротивлением тела /?д подразумевают тепловое сопротивление, которое преодолевает тепловой поток, проходящий через поверхность тела в окружающую среду. Величина внешнего теплового сопротивления зависит от многих факторов и прежде всего от условий теплообмена и температуры. Контактное тепловое сопротивление /?к возникает в месте механического соединения двух поверхностей. Смешанные сопротивления i?0m представляют собой комбинацию из названных выше сопротивлений /?в, Rk, Rr-

Полная аналогия между тепловыми и электрическими сопротивлениями в цепях с распределенными параметрами возможна лишь при неизменном потоке энергии в цепи (при отсутствии источников и стоков внутпи потока). Коэффициенты F в (22.2) и (22.3) учитывают влияние источников и стоков, т. е. они не являются полными аналогами электрических сопротивлений, хотя формально имеют смысл сопротивлений. В отличие от тепловых сопротивлений их называют тепловыми коэффициентами. Тепловые коэффициенты используются для расчета температурных полей в тонких пластинах, дисках, стержнях, с поверхности которых тепло рассеивается в окружающую среду. В этом случае тепловой поток меняется от сечения к сечению и нельзя использовать законы Кирхгофа для вычисления сложных тепловых коэффициентов. Уравнения, таблицы и номограммы, по которым можно определить коэффициенты F для пластин, дисков и стержней, приведены в литературе [7, 8].

Величины, обратные тепловым сопротивлениям, по аналогии с соответствуюш,ими электрическими величинами называются тепловыми проводимостями. Тепловая проводимость является сложной функцией ряда параметров и прежде всего зависит от способа передачи тепла.

Тепло передается тремя способами: теплопроводностью, конвекцией, излучением. В твердых телах имеет место теплопроводность. На границе твердого тела со средой передача тепла осуш,ествляется конвекцией и теплопроводностью, их рассматривают совместно, а весь процесс называют теплоотдачей. Если поверхность твердого тела соприкасается с газовой средой, то наряду с теплоотдачей имеет место тепловое излучение. Величина теплового потока пропорциональна разности температур (температурному напору):

Р = а(<1 -У, (22.8)

где Р - тепловой поток, рассеиваемая телом - (средой) мош,ность, Вт; с = Б5 - тепловая проводимость, Вт/°С; S - теплоотдающая (тепловоспринимающая) поверхность тела, м; Б = c/S - удельная тепловая проводимость для данного способа переноса тепла, характеризующая интенсивность переноса, Вт/м °С); - температура нагретого тела (среды), °С; 4 - температура холодной среды (тела), °С.

Тепловой поток всегда направлен от горячей области кХолодной. В теории теплообмена принято оперировать с величинами удельных тепловых проводимостей.

Для процессов теплопроводности удельная тепловая проводимость зависит от структуры и физических свойств тела и практически постоянна в узком интервале изменения температуры, присущем РЭА.

Способность вещества проводить тепло характеризуется величиной коэффициента теплопроводности X, Вт/(м °С).

Значения коэс1)фициента X для многих веществ можно найти в литературе [5, 13, 22], формулы для определения Б к R, F для разных гел - в (7 8, 13], решения инженерных задач теплопроводности приведены в [13, 14, 18, 25]. Вычислить коэффициенты R, F для ряда случаев можно по формулам табл. 22.4.

Для процессов теплоотдачи удельная тепловая проводимость называется коэффициентом теплоотдачи Б = а; величины ti и В формуле (22.8) могут быть либо температурой стенки <ст, и тем-