Методы и средства формирования температурных полей объектов при тепловых воздействиях

• Автор: Минкин, Дмитрий Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 131 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
СПИСОК ПРИНЯТЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ГЛАВА I. ОБЗОР МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ'ТЕМПЕРАТУРНЫХ
ПОЛЕЙ ОБЪЕКТОВ ПРИ ТЕПЛОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
1Л. Вертикальная пластина в условиях свободноконвективного и лучистого теплообмена с окружающей средой
1.2. Стенка цилиндрической полости в условиях лучистого теплообмена с окружающей средой
1.3. Теплоотдающая поверхность в условиях вынужденной конвекции..22 ГЛАВА И. ФОРМИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ПЛОСКОЙ
ПОВЕРХНОСТИ В УСЛОВИЯХ СВОБОДНОКОНВЕКТИВНОГО И ЛУЧИСТОГО ТЕПЛООБМЕНА С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ
2.1. Особенности свободноконвективного теплообмена на вертикальной пластине
2.2. Метод формирования температурного поля вертикальной пластины с помощью переменной плотности подводимого теплового потока.
2.4. Реализация: устройство для калибровки тепловизоров..
2.4.1. Расчет параметров излучателя
2.4.2. Сравнение с аналогами
ГЛАВА III. ФОРМИРОВАНИЕ ТЕМЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ПОВЕРХНОСТИ
ВНУТРИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПОЛОСТИ В УСЛОВИЯХ ЛУЧИСТОГО ТЕПЛООБМЕНА С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ
3.1. Особенности лучистого теплообмена стенок цилиндрической полости с окружающей средой
3.2. Метод формирования температурного поля стенок цилиндрической полости с помощью переменной плотности подводимого теплового потока
3.3. Реализация: устройство для калибровки тепломеров
3.3.1. Конструкция
3.3.2. Сравнение с аналогами
ГЛАВА IV. ФОРМИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ТЕПЛООТДАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ В УСЛОВИЯХ ВЫНУЖДЕННОЙ КОНВЕКЦИИ
4.1. Особенности теплообмена на тепловыделяющей поверхности при принудительном прокачивании теплоносителя
4.2. Метод формирования температурного поля охлаждаемой поверхности за счет переменной высоты ребер
4.3. Метод формирования температурного поля охлаждаемой поверхности за счет переменной ширины канала
4.4. Метод формирования температурного поля основания радиатора за счет переменного шага расположения ребер
4.5. Реализация
4.5.1 Устройство для измерения тепловых потоков
4.5.2. Радиатор для системы принудительного воздушного охлаждения приемо-передающего модуля
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
В современном приборостроении актуальной задачей является обеспечение требуемого теплового режима устройств различного назначения. Функционирование и надежность радиоэлектронных аппаратов, лазерной-техники, оптических и оптоэлектронных систем, гироскопического оборудования, приборов для- метрологического обеспечения зависит в том числе от температуры их элементов.
Зачастую необходимо не только обеспечивать допустимые значения температур элементов, но и выполнять ограничения на вид температурного поля, связанные как с отклонением уровня температуры от нормального значения, так и со степенью неравномерности поля температур.
В частности, оптические системы крайне чувствительны к градиентам температур (десятые и сотые доли Кельвина). Тепловое расширение материалов, температурная зависимость показателя преломления,
возникающие тепловые возмущения и термонапряжения ведут к ухудшению качества выходного сигнала таких устройств или делают их эксплуатацию невозможной
Работа элементов цифровой вычислительной техники, приемопередающих модулей антенн, устройств силовой электроники сопровождается большими локальными плотностями мощности
тепловыделений, (до 50 кВт/м2). Это приводит к неравномерности температурного поля на элементах устройств, локальным максимумам температур, превышающим допустимые значения. Для исключения перегрева элементов возникает задача выравнивания температурного1 поля. При этом требования к неизотермичности в зависимости от специфики задач могут составлять и десятые доли, и единицы Кельвин.
В лазерных системах неравномерность температурного поля
охлаждаемых элементов в ряде случаев приводит к ухудшению их свойств, снижению ресурса эксплуатации или даже разрушению;

Для каждой из частей і справедливо дифференциальное уравнение:
(2.12)
о ; 2 СЄ(Х)
= 0; ^ =#, -Гс; -----------------^

при следующих граничных условиях:
= Рв

5.ЬХ^в

-ЫЛ^Н

= РИ

Х-Є-Ґ

(2.13)

где Р„ и Рв - тепловые потоки, поступающие в нижнюю и верхнюю части секции пластины.
Пользуясь решением данной системы уравнений [29], можно оценить минимальную толщину пластины, достаточную для обеспечения равномерности температурного поля заданной точности.
Предварительная оценка эффективности такого способа реализации предложенного метода формирования температурного поля проводилась на основе численного моделирования теплообмена на примере вертикальной пластины, изготовленной из меди. В программном пакете Согшої тиШрЬуэюз задавалась его геометрия, расположение витков нагревателя в соответствии с результатами расчетов по формуле (2.11), распределение конвективно-лучистого теплообмена по высоте из формул (2.6) и (2.10). На рис.4 представлено распределение температуры по поверхности пластины при перегреве над температурой среды 10 К. Видно, что предложенный метод формирования температурного поля значительно повышает изотермичность пластины.