Однофазный тиристорный выпрямитель с цифровой индикацией
2.Тепловой расчет
Тепловой расчет произведен для режима естественной конвекции. Задаемся температурой среды Тср=313 К.
Определяющая температура между средой и стенкой:
Разность температур между стенкой и средой:
Расчет теплового обмена для боковых поверхностей.
Для анализа процесса теплообмена используем критерии Грасгофа и Нуссельта:
,
где (Тст)- определяется по таблице при различной температуре.
,
где Pr(Тст) - определяется по той же таблице.
Определяем закон теплообмена по произведению Pr Gr. Для закона теплообмена "1/4" получаем
,
так как 500<Pr Gr<2107.
Определяем коэффициент теплообмена для боковой поверхности:
,
где коэффициент теплопроводности определяется по таблице.
Определяем площадь боковых поверхностей:
Определяем тепловую проводимость для боковых поверхностей:
Далее проводим расчет по аналогичным формулам для крышки.
Определяем площадь крышки кожуха:
При расчете будем считать, что теплообмен между нижней поверхностью кожуха и средой не осуществляется, так как устройство будет установлено на какой-либо поверхности.
Произведем расчет теплового обмена за счет лучеиспускания.
Коэффициент теплообмена определяем по формуле:
,
где 12 - коэффициент взаимного облучения, - приведенная чернота тела (в данном случае =0.92 для эмалевой краски).
Определяем площадь поверхности кожуха, которая учавствует в теплообмене за счет лучеиспускания:
Определяем проводимость теплообмена лучеиспускания:
Определяем суммарную проводимость теплообмена по следующей эквивалентной схеме:
Определяем мощность, которая рассеивается на кожухе при заданном перепаде температур по следующей формуле:
Изменяя температуру стенки в пределах от 313 К до 325 К, строим график зависимости рассеиваемой мощности от разности температур между стенкой и средой:
Все расчетные значения величин, которые были получены по вышеперечисленным формулам для исследуемого диапазона изменения температуры стенки, приведены ниже в таблицах.
По полученному графику для искомой мощности Р=8 Вт находим, что перепад температур между стенкой и средой составляет 5 градусов.
Определим перепад температур. Температура кожуха:
Будем считать, что корпус сделан из стали толщиной L=0.001 м. Для стали коэффициент теплопроводности =45,5 Вт/(мК).
Определяем тепловое сопротивление:
Определяем перепад температур:
Так как перепад температур мал, в дальнейших расчетах им пренебрегаем. Произведем расчет температур между внутренней поверхностью кожуха и нагретой зоной. Также будем считать, что все элементы нагреты до температуры нагретой зоны.
Нагретая зона имеет следующие размеры (в метрах):
Зная толщину кожуха, определяем величину, равную половине толщины кожуха:
С учетом d получаем следующие величины линейных размеров, которые будут использоваться далее при расчете:
Температура кожуха составляет
Температура воздуха на половине промежутка кожух-нагретая зона:
Средняя температура между нагретой зоной и половиной промежутка кожух-нагретая зона:
Средняя температура между кожухом и половиной промежутка кожух-нагретая зона:
Перепад температур между кожухом и нагретой зоной:
Расчет теплового обмена для боковых поверхностей кожуха и нагретой зоны.
Для анализа процесса теплообмена используем критерии Грасгофа и Нуссельта:
,
где (Тст)- определяется по таблице при различной температуре.
,
где Pr(Тст) - определяется по той же таблице.
Определяем закон теплообмена по произведению Pr Gr. Для закона теплообмена "1/4" получаем:
,
так как 500<Pr Gr<2107.
Определяем коэффициент теплообмена для боковой поверхности кожуха:
,
где коэффициент теплопроводности определяется по таблице.
Определяем площадь боковых поверхностей кожуха:
Определяем тепловую проводимость для боковых поверхностей кожуха:
Произведем аналогичный расчет для боковой поверхности нагретой зоны по следующим формулам:
Определяем площадь боковых поверхностей нагретой зоны:
Определяем тепловую проводимость для боковых поверхностей нагретой зоны:
Аналогично производим расчет для верхней поверхности кожуха:
Произведем расчет теплообмена за счет лучеиспускания.
Определяем коэффициент взаимного облучения между кожухом и нагретой зоной:
Определяем приведенную черноту тела:
, где
.
Находим коэффициент теплообмена за счет лучеиспускания:
Проводимость теплообмена лучеиспускания:
Определяем суммарную проводимость теплообмена по следующей эквивалентной схеме:
Используя формулу
строим график зависимости рассеиваемой мощности от разности температур между стенкой и кожухом, изменяя температуру стенки от 318 К до 358 К.
Определям по графику перепад температур для данной мощности рассеяния 8 Вт. Таким образом, температура нагретой зоны равняется 32 градуса.
Все расчетные значения величин, которые были получены по вышеперечисленным формулам для исследуемого диапазона изменения температуры стенки, приведены ниже в таблицах.