Методы расчета тепловых режимов ЭС

Одной из основных задач расчета показателей теплового режима является определение температур в некоторых критических точках конструкции или построение тепловой характеристики, т.е. зависимости температуры или перегрева j-й точки (области конструкции) от теплового потока при заданной температуре окружающей среды t_c

t_j = t_c+f(P), Δt_j= t_j- t_c=f(P).

При передаче тепла теплопроводностью, конвекцией и излучением

Δt_j=P/σ_Σ,

где σ_Σ = σ_T + σ_K + σ_л— эквивалентная тепловая проводимость между j-й точкой конструкции и окружающей средой.

Ввиду того что составляющие σ_Σзависят как от температуры t_j, так и от температуры окружающей среды t_с, задача расчета t_jи Δt_j, в общем случае является неопределенной. Для исключения неопределенности используются специальные приемы, положенные в основу наиболее часто применяемых методов расчета показателей теплового режима: метода последовательных приближений и метода тепловой характеристики.

Метод последовательных приближений представляет собой итеративный процесс установления соответствия с некоторой наперед заданной точностью между температурой t_jили перегревом Δt_j, эквивалентной тепловой проводимостью σ_Σи тепловым потоком Р.

Начальное значение перегрева Δt^'_j(температуры t^'_j) j-й точки или области конструкции задают произвольно, после чего находят σ^'_Σи расчетное значение перегрева Δt^'_jp(температуры t^'_jp), в первом приближении

Δt'_jp= P/σ'_Σ, t'_jp= t_oc+ P/σ'_Σ.

При выполнении неравенства |Δt'_j– Δt'_jp| ≤ δ, где δ = (1…2)°С, за истинное значение перегрева принимают Δt_jили Δt'_jp. Если неравенство не выполняется, то расчет повторяется во втором приближении при Δt''_j = Δt'_jp.

Более подробно порядок решения задачи можно представить следующим образом:

· задают значение перегрева Δt'_jв первом приближении;

· для среднего значения температуры окружающей среды t'_cp = 0,5[t_c + (t_c + Δt'_j)] c помощью критериальных уравнений или по номограмме в прил. Л определяют конвективный коэффициент теплопередачи α'_к;

· для температуры t_j' = t_c + Δt'_jнаходят коэффициент теплопередачи излучением α'_л;

· определяют коэффициент теплопередачи теплопроводностью α_Т и эквивалентную тепловую проводимость σ'_Σ=α_T S_cp+α'_кS + α'_лS, где S – площадь поверхности теплообмена;

· находят расчетное значение перегрева для заданного теплового потока Δt'_jp= P/σ'_Σ;

· проверяют условие |Δt'_j- Δt'_jp| ≤ δ, где δ – допустимое отклонение расчетного значения перегрева от принятого в первом приближении значения; если неравенство не выполняется, то повторяют расчет во втором приближении при Δt''_j= Δ't_jp.

Количество приближений в расчетной процедуре зависит от величины δ и того, насколько удачно задано значение перегрева в первом приближении.

Метод тепловой характеристики состоит в построении по расчётным данным зависимости Δt_j= f(P), по которой для любого значения теплового потока Р можно найти перегрев и температуру j-й точки или области конструкции.

Рис. 5.10 – Общий вид тепловой характеристики

Для построения тепловой характеристики задают произвольные значения перегрева Δt'_j, Δt''_j, близкие к ожидаемому перегреву Δt_j, как и в методе последовательных приближений; находят эквивалентную тепловую проводимость между j-й точкой и окружающей средой σ'_Σ, затем тепловой поток Р' = σ'_ΣΔt'_j,аналогично, Р'', который способна рассеять конструкция при данных условиях теплообмена. Значения Δt'_j, Р' и Δt''_j, Р'' являются координатами точек, лежащих на тепловой характеристике (рис. 5.10). При малых перегревах Δt'_j, Δt''_j и малой разнице между ними тепловую характеристику можно приближенно представить наклонной прямой линией. По тепловой характеристике может быть найдены перегрев и температура j-й точки или области конструкции при любом заданном значении теплового потока P.

Подробное изложение названных методов расчета показателей тепловых режимов, проиллюстрированное примерами, можно найти в [2].

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: