電子設(shè)備方艙熱學分析范文

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《電子機械工程雜志》2014年第三期

1目前常用算法的缺陷

1．1熱平衡的算法假設(shè)方艙的保溫性能達標，艙外溫度為寒冷，艙內(nèi)需加熱，其傳熱系數(shù)為λ，艙內(nèi)外溫差為T，加熱器率為Q(含艙內(nèi)設(shè)備發(fā)熱量)，方艙艙壁面積為S，則從艙壁傳出的熱量為如果進行粗略計算，當溫差為T時，只需艙內(nèi)加熱設(shè)備補充與Q1相等功率的熱量，即可使艙內(nèi)達到熱平衡，這是目前常用的一種算法［3］。但是，對于有些方艙，并不是達到了熱平衡就可以滿足要求的，還需要在限定時間內(nèi)將方艙溫度提升至要求的溫度，此時按式(1)計算顯然是不夠的，還應加上提升方艙溫度所需要的功率。

1．2熱平衡與溫升功率之和的算法提升溫度消耗的熱能與比熱有關(guān)，比熱的物理概念是將物體溫度提高1℃所消耗的熱能，不同材料比熱不一樣。因此，提高方艙溫升的計算應考慮艙內(nèi)所有設(shè)備和方艙部分材料的比熱以及艙內(nèi)空氣比熱，分別計算溫升消耗的熱量，求其和，再除以限定的時間，得到提高溫升所需的功率。但如此計算過于復雜，通常設(shè)方艙內(nèi)材料的平均比熱為C，在限定時間t內(nèi)將質(zhì)量為m的方艙設(shè)備的溫差提高T度所需要的功率為這樣計算即考慮了熱平衡又考慮了方艙溫升，基本可以滿足一般設(shè)計要求，是目前常用的第2種算法。但是如果進行仔細分析，這種算法還是不準確。例如，當溫度升高到指定工作溫度時，熱量的傳導損失依然存在，需要補充與Q1相等的熱量以保持方艙的熱平衡。但使艙體和設(shè)備繼續(xù)升溫的熱能不再需要，也不能再有了，否則溫度將會繼續(xù)升高。由此可見，按式(2)計算所得的功率會大于實際所需的功率。

2熱學微分方程及其解

如果要更準確地計算方艙加熱設(shè)備的功率，需要將方艙的熱學變化過程看成是一個動態(tài)的過程。初始時，艙內(nèi)與艙外溫差為零，熱傳導損失為零，在這一瞬間，加熱設(shè)備的熱功率全部消耗在升溫上;在加熱初期，溫差較小，熱傳導消耗亦小，加熱設(shè)備的熱能小部分消耗在熱平衡上，大部分消耗在升溫上，所以此時方艙溫升比較快;在加熱后期，溫差比較大時，熱傳導損耗變大，大部分熱能消耗在熱平衡上，少量熱能貢獻了溫升，這時溫升較慢，而且越來越慢;當達到指定溫度時，溫差達到最大值，全部熱能用于熱平衡，艙內(nèi)溫度不再升高。經(jīng)驗表明:艙內(nèi)溫度T與時間t的關(guān)系是一條前陡后緩的漸近線，如圖1所示。為了更清楚地了解方艙熱學變化過程和準確地計算方艙加熱設(shè)備的功率，需建立方艙熱學微分方程并求解。設(shè)溫差變量為T，時間變量為t，初始溫度即艙外溫度為零點，艙內(nèi)熱能功率為Q，熱能功率Q減去溫差熱損耗后的剩余熱量使艙內(nèi)溫度升高，則據(jù)此建立以下微分方程:以解釋為當允許方艙加熱時間很長時，加熱設(shè)備的功率近似為熱傳導損失的熱平衡功率。當加熱時間和艙內(nèi)溫度升高值確定時，則可按照式(14)計算加熱設(shè)備的功率，可見所需功率Q值將大于熱平衡所需功率。

3結(jié)束語

通過建立微分方程并導出式(13)和式(14)，進一步明確了方艙溫度調(diào)節(jié)的動態(tài)過程和熱能分配，可以用于電子設(shè)備方艙的熱學計算。以上推導過程，雖然是以艙內(nèi)升溫過程為例進行推導的，但其結(jié)果同樣適用于艙內(nèi)使用制冷設(shè)備的降溫過程。

作者：毛勤儉姬永清吉蕓單位：中國電子科技集團公司第二十八研究所