автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Теплообмен при естественной конвекции в замкнутых полостях с дискретно расположенными источниками теплоты

пь и»

шшопштя тдаия шгл укр/даы Институт проблем «¡вдаиострозвия

На правах

вдшзшо слег рэдсгряжмч

тздообмья ЙРК ЕСУГЕСТВШЕОЯ КОНШЩИ » замкнутых

полостях о дострелю расположенными шгочтйшки -

: ТШОТН

Об л 4.05 - тпореуиявясая ^»длотаидзш

Автореферат днссер-гадаи не сойск&нзэ ученой стапеля к->чд!<!'ятя твятеских «гаук

Харьков - 1995

Якссертрцкя является рукописью.

Работа вышлшва в отязлг моделирования тепговь© я меканипесзскх процессов Ижтгаута пробам ыапшноотроеняя HAH Украины.

Еаугный руководитель: чвен-корросгоццент HAH Угсраиш,

доктор технических тук. профессор-¡'«щевитуй Юрий Михайлович. Ваучньй консультант: кандидат техннческйЕ тук.

старший научный сотрудник Накалял Олэг Сеыэювяч. Официальны? ошшегы: доктор теивгееышх наук, профессор симбирский Дмитрий ФедороЕЯч. кандидат техническая наук, доцент . Тарасов Александр Иванович. Бедупея организация: Шучвг-исслэдоватехъс&тй техйэлоппзскяя институт приборостроение Шцшшлроы Украты, г. Харьшг. Зашита состоится "OSL" dI9S5 г. з 14 «асов в аудитории 11 эгага ш. заседшш свдиаякззизваггопз учеюго сосгта К 02.18.03 в «¡ютлгуте npoüxäv мааашстроошя ИЛИ Украшзы по aapscy: 3IQ046, г. Saarns, ул. Широкого. 2/10. с диссертацией шгш ЬзшЕпьклгся ß библиотеке Ейзтятута пробдэи )4Ш!Шотро8Ши Häfi Ук$ааЫ адр&оу: 3I004S. г.Харьков. ул. ТЬаа^зсзкого. 2/10. Автореферат разослан IS35 г.

Учекый секретарь

. . . w

сжодаш^йробгяжто учгшго сое эта ___^ Дедков Г. Б.

- о -

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. В связи с разработкой слэашьи электронных блоков различных внергетических объектов говыаенньй интерес вызывают нсследс .зания теплообмена при естествен!»« конвекции и уз щи замкнутых толоотяа прямоугольного сечения, обогреваемых днскрет'до расположенными источниками теплоты, расгодахегаши га одной кз вертикальных стеюк. Условия пркыенеиЕЯ этих блоков часто таковы. что занимаемое ими прострадатво и ькс доданы бсть сведены к минимуму, [^обходимо оптимизировать расюлоээнке

¡тешюввделяицих элементов внутри блоков таким образом.

!

¡чтобы максимально использовать сэободшконзективный тепдаоб-мзн внутри полости я тем самш. ш возможности, обойтись без

принудительного охпнгданзя.

В настоящее рремя процесс тетюСмэт в замкнутых полостях изучен недостаточно хоропо. Коэффициент теплоотдача как один из основных параметров конвективного теплообмена боже или менее ючво определен дал случаев либо постоянной температуры одшй из стешк голости. либо постоянной плотности твпювого штока на ней-

ПрА'еизйчв "классических" критериальных уравнзний для опредвмзиия интенсивности тегиюобмена в узких замщгутьк далэстях с дискретно расположенными источниками теплоты, для расчета коэффициентов теплоотдачи и чисел Ь'уссельта. особенно их локадьньшНачсга«?, дает во многих случаях результаты, отличающиеся от реальных р несколько раз.

Поэтому особенно актуальны) видится обобщение реаульта. -тов экспериментальных исследования л ш.тучение критсриалыьр; зависимостей, исгользование которых позволяло бы еще на эта-

го проектирования однозначно определять эти параметры.

Коэффициент теплоотдачи может быть найден либо экспериментально. либо путем численшго решения системы уравнений сопряженного тешюоОмет. Однако как в одном, так и в другом случае возникает ряд трудностей, которые в настоящее время ш удается преодолзть. При экспериментальных исследованиях это связано с тем. что пока еще сложно с удовлетворительной точностью измерять локальные тепловые штоки не' больной плотности с малых площадок с например, дискретно расположенных на плате тепловых источников^. К тому ае. на макетирование каддой конкретной ситуации затрачивается большое количество времен» и средств.

Трудности теоретических исследований связаны с тем. что численное решение систем уравнений тепшпроводшсти для стенок. уравнений энергии, движения и неразрывности для жидкости сложно и требует значительных обьейов памяти и затрат машинного времени; упрощенные же методики расчета базируются на формулах, которьк, как правило, получены для несколько иных условий собычно предполагается, что условия на стенке заданы и постоянны о.

' Следует отметить, что при большом количестве параметров возникают значительные сложности с обобщением полученных результатов. С другой стороны, использование каких- либо обобщенных зависимостей не всегда корректно, так как процессы теплообмена при естественной конвекции в замкнутых полостях сложно предсказуемы, особенно при наличии локальных тепловых источников.

Выход из создавшейся ситуации видится в объединении расчетных исследований, базирующихся на решении ОЗТ с приме-

шнием новых методологических разработок, и тидтельда постав ленных экспериментальных исследований.

Работы по изучению теплообмена при естественной конвекции в замкнутых полостях проводилась в отделе моделирования тепловых и механических процессов Института проблем машиностроения (ИПМаш) НАН Украины по г/б теме "Теплообмен в энергетических установках, технологических процессах и объектам радиоэлектроники" (Г.Р. 01910019862), а также в ра"мках программы " Тешюзахист" ( контракт 546 с Национал, ~ '¿¡м космическим агенством Украины. Г. Р. N 019340262-47 от /7.04.1993 г. )

Цель работы: получение критериальных уравнений теплообмена при свободной конвекции в узких замкнутых полостях прямоугольного сечения с локальным тепловьми источниками путем физического и математического моделирования.

Основные задачи: создание физической и ¡¿атегдтичеокой моде^й для исследования локальных характеристик '^нгюобме-ш в замкнутых полостях, применение методов решения ОЗТ для интерпретации результатов экспериментальных исследований, получение критериальных уравнений теплообмена.

Методы исследования: использованы методы физического и математического модозмрованйя: метод тепловой з&даго рабочего образца, методы 'коне.чных разностей, релаксации л спектральных функций влияния граничных воздействии.

Ш учная нойизйа:

I. Создана физическая модель замкнутой полости, обогреваемой дискретно расположений-«! кл. одклй из вертикальных стенок говстинчатыми источниками теплоты, отличаю-

шаяся от предыдущих экспериментальных моделэй наличием ком пенсационной платы для предотвращения нежелательных утечек тепла, возможностью быстрого варьирования конструктивными и режимными параметрами, возюжшстыо проведения визуальных наблюдений за воздушными течениями внутри полости , наличием более информативной схемы термометрирования.

2. Предложена новая методика интерпретации результатов экспериментальных исследований в форме решения обратной задачи теплэпроводюсти с применением метода спектральных функций влияния граничных'воздействий, позволяющая по измеренным на поверхностях голости температурам получать лэ-кальные значения гиютностей теплового штока, коэффициентов конвекции и теплоотдачи, чисел Грасгофа и Нуссельта-

3. Создано автоматизированное рабочее место для исслз-дования тешюобмена в узких замкнутых шя?стях . благодаря чему вся информация в течение всего эксперимента о интересующих исследователя параметрах в удобной для него форме (. в виде графиков, таблиц или иэмерителыюЯ схемы эксшриментаз выводится на экран монитора гарсональшго компьютера типа хвм рс^ат зев с возможностью накопления и дальвейаей обработки.

4. Получены результаты исследований (в том чшлз и результаты визуальны?. ваблядзниА воэдупных течений внутри голости) шз во лив ало определить влияние на шкальную интенсивность теплообыена в пишшутой позости ее геометрических и реюшнык параркетров.

5. Шлучены более точнье го сравнению с ранге известными критйриальвыз зависимости локалькьи зтчений коэффициентов конвекции от размеров и реиашьгх параметров источни-

ков теплоты, ширины полости с при постоянной ее васотё>.

Дтетовершсть полученных результатов подтверждается данными еобсвенных экспериментальных исследований. а также сопоставлением с результатами ; налогичньи численных и экспериментальных исследований других авторов.

Теоретическая ценность работы заключается в разработанной методике интерпретации результатов экспериментальна исследоваот.1.! в форме решення ОЗТ с применение» метода спектральных функций влияния граничных воздействий.

Полученные критериальные зависимости для определения гзкальных значе-ний коэффициентов конвекции и теплоотдачи вносят существенные уточнения в "классическую" теорию конвективного теплообмена в узких замкнутых полостях прямоугольного сечения обогреваемых дискретно 'расголо-жеиными источниками теплоты.

Практическая цешюсть к внедрение:

Созданюе автоматизированное рабочее место ( физическая и математическая модели в совокупности с системой сопровождения зкспепримента и обработки его результатов) оэзводяет бъстро и с высокой точизстью определять интенсивности теплообмена в замкнутых полостях различных технических устройств, обогреваемых дискретно расгояозеншчи источжкзин теплоты

Результаты диссертационной работы рекомендованы для выполнения т е пло т е кга-пе с кия расчетов при проектировании герметичных модулей РЗА.

Методики даншх экспериментальш-расче лш исс-ледона-ний Енедрены в учебный процесс по НИРС и дипломному проектированию на кафедре общеи тепло ¡ч-лники ХПГУ.

Аппробация работы. Основное содержание работы докладыва-

лэсь га. 17-ой научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ИПМаш АН УССР (Харьков. IS90). на Всесоюзном семинаре по проблемам теплообмена в КЭА. (Харьков, iqqi).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 3 гечатньв работы. Работа [21, выюлнена с соавторами. Личнэе участие в гай определяется следующим образом: разработаны физическая и математическая модели замкнутой полости

с дискретно расшлзженньыи источниками- теплоты, создаю i

автоматизировандае рабочее место, предложена методика определения локальных коэффициентов

Структура и объем работе .. Дщсертация состоит из введения, четырех глав, закладная. списка литературы из 103 ваймедаваний." 25 риоунко«.. Щ стр. осювдаго текста, всего 120 стр.

2. СОДЕРЖАНИЕ; РАБОТЫ В шрвой глаае рассмотрены особенности теплообнеш в замкнутых полостях-. Да» анализ результатов эксшркшнгальных исследований теплообыет в замкнутых-шлостях Г.ЕДуЛьвева, Карлзова, И. А. Иихеева. Н. Якоба . Отмечен большой вклад э нетодовзпю проведения эксшрименгальных исследований тешю-обюш в занкнутыж шлостях с дискретш распэлэзанвьш, источниками тешюты Чжу, Черчидш. и Паттерсош.; }Ьследо4 ваяия. проведают.« ими, получали развитие в работай, Эккгрта, Тгртра и Фгвка, а таш> других авторов.

Рассютроны нробкгш иагеиатачёскс*н> ыоделирования щл-цесов тетооОмола в замкнутых швзотяж. отмечены слэявзсти при решши соиряазншх и "условда" сопришнных задач,-

Развитей л&тодра рекения обратных задач тошюггрогод-иости. 0. U. ЛлицгшсЕьы, Я. А, Коэдобой. Ю. М. Нацевятш, Д. Ф. Пкм-

бирским и др. позволило на швом качественном уровне использовать ОЗТ для интерпретации результатов экспериментальных исследований.

Проведенный анализ показал, чю та сегодняшний день отсутствуют результаты как численных решений , так и экспериментальных исследования , позволяющие бьстро и достоверно определять локальные характеристики теплообмена в замкнутых полостях с дискретно расположенными тепловыми источниками. Отсутствуют инженерньв методики и критериальные уравнения.

Сделана постановка задачи исследования.

Вторая глава посвяшена экспериментальному исследованию : процессов тегоюооыена в герметичных полостях с дискрет® расположенными источника!® тепготы. Разрайотактя физическая модель представляет собой замкнутую полость, образованную рабочей платой (оснащенной источниками теплоты), холодильником, а также боковыми и горизонтальными (верхней к нижней) стенками, выполненными из оптически прозрачного материала (оргаштческого стекла) с низким коэффициентом теплопроводности.

Вызота далэсти Н и ее длина 1 приняты постоянными (при этом 1Ы) ширина воздушного зазора между рабочей шитой и холодильником может изменяется в процессе исследований переустановкой ходадильника и замешй боковых стенок.

Осдавньм элементом экспериментальной установки является рабочая плата, образующая в полости вертикальную поверхность. Плата состоит из источников теплоты и проставок. образующих единую плоскость.

Специальная конструкция пластинчатых источников теплоты обеспечивает изотермичность их даверхюстей и

- 10 -

устойчивость при задании режимных характеристик.

Для изучения влияния теплопроводности материала платы на интенсивность теплоотдачи, проставки могут изготавливаться из различных материалов. На первом этапе исследования проводились с проставками, выполненными из оргстекла.

Деление рабочей платы на участки позволяет принять следующую нумерацию, начиная с нижнего торца: проставки Н 1,3,5,7,9,11 Снечетныэ). грелки - N 2,4,Б,8,10 Счетные). На плате устанавливается 5 источников теплоты. Тепловой шток в крайние проставки С нижнюю и верхнюю) поступает только односторонне от грелок N2 и N10, в то время как осталь-ньв проставки обогреваются с двух торцов.

Для определения условий теплообмена на поверхностях нагревателей и проставок их поверхности оснащены хромель-алюмелеЕЬШ термопарами С диаметр провода 0.2 мм 1.

Для уменьшения погрешности экспериментального исследования, вызванной утечками тешюты в окружавшее пространство, физическая модель оснащена компенсационной платой, конструкция которой идентична рабочей. Эта шита вместе со вторым холодильником, боковьии и горизонтальньыи стенками образует компенсационную полость, которая работает аналогично рабочей . Такая конструкция позволяет полностью предотвратить утечки тешюты путем установки кошюшационшй платы «шжтричш рабочей и поддержания равенства темпэратур на тьшьных {расположенных друг против

друга) поверхностях нагревательных злэмзкгов рабочей и

*

компэнсациошюй шит.

Идентичность граничных условий т. поверхностях плат в рабочей и компенсационной полостях создает также одинаковые

- II -

распределения температур в проставках.

Для регулирования темшратур, плотностей теплового потока, мощностей каждого из источников теплоты предусмотрено автономное их включение к стабилизированным источникам питания. Информация об измеряемых температурах поступает в многоканальный преобразователь Ш7ПЛИ.

Визуализация воздушных течений осуществляется при по-ыоя?! встроенного "льшгенератора", который в требуемый момент исследования впрьсюпзает в пошоть .^зрогретьв пары машинного Macja. Масляные пары движутся вместе с воздухом, что позволяет наблюдать воздушные течения, возникающие внутри полости.

Создано автоматизированное рабочее место ( АРМ ), представлявшее собой совокупность физической модели, контрольно -измерительной аппаратуры и программного обеспзче-гаш для сопровождения эксперимента и интерпретации его результатов.

Персональный компьютер типа IBM PC/AT 386 с помощью специального интерфейса ©коммутирован с изыерительяъм преой-разователем ШТИЛИ и оснащен созданньм программы»» обеспечением. Функции, выполняемые автоматизирована^ рабочем местом:

-физическое моделирование процессов теплообмена в заш-нутых полостях;

' -постоянное слеяеиие за ходом эксперимента с выводом на экран монитора текущей информации о значениях измеряемых'параметров, графическая визуализация эксперимента, построение графиков изменения измеряемых параметров во времени (если

это необходимо).

-первичная обработка результатов эксперимента; -интерпретация результатов эксперимента ш заданный методикам с выводом их т экран монитора ЭВМ и на печать в виде графиков и таблиц, с' возможностью занесения этой информации 6 долговременную память машины в удобной для дальнейшей обработки форме;

- накопление результатов исследования для анализа и обобщения.

Во третьей главе описана методика обработки результатов экспериментов методами-решения обратных задач теплопроводности.

Для описания процесса теплообмена в составной плате в условиях идеального контакта между источниками тепготы и проставками в установившемся режиме уравнение теплопроводности в центральном сечении представлено в виде

1,,171Т' (1)

где i - Номер участка СэлэменгаЭ составной платы, К - эффективная теплопроводность 1-го участка.

. Граничныэ условия на вшшних поверхностях платы, приняты для поверхностей: I снисшй торец)

Tt-TCO,y), 0<jsd, И. Собрадава к голодильпяку)

q»- qiCx.d), Oi'xil,

III (верхний торец) С 2)

Т.-ТСАуЭ» 0<уг(3, IV Стьшьная, обращена к номттацкониэй шатеЭ

где а - тащинг платы.

Поверхность II является рабочей, через которую с каждого 1-го элемента С нагревателя шш проставюО в голэсть камеры передается тогоювой пэтоК ГЬвериюсть IV тешюкймпеноирова1а. я ч*<*д.

Предложена иэтодика реиеняя ОЗТ о ис пользование« ыэ-тода спектральных функция влияния грашгчйя воздействий, с гомощью которой ш. поверхности II определяются гокальше зтченяя пттяэстей тегаювотп потока» а таю» лэкальйме значения коэффициентов конвенций е*1 я эффективных коэффициентов теплоотдачи (ЛхЭ> С т.е., ■ .'гшьтакйай теплоотдачу поверзгаэстей платы и тгодашЬшп&Э при Свойства тепшшсйтеля принимается при сродгоЯ темпзратуре среды в шлостя.

Темпэратуры в разных точках шаты га поверхностях II и Г/, измеревяьэ при тепюфизическом эксгерягкнте явлШся исходаьаш для решения ОЗТ.

Локальный аффективный, ксбффйцяанг , тепгоотдачи предстп^лиется как

„ г.л „д^ х)-д-чСхЗ

Где СЗЗ

с^С-о - общий тепловой шток о шверхзюсги 1-го элгуекга,. - лу вотая составляется теплоотдачи 1-го алаиеяга,

ТСх) - температура поверхности платы на вьсоте х для соответствующего элемента, ТкСхЗ - температура поверхности холодильника на высоте х.

При подготовке к решению ОЗТ приближенно задается плотность теплового штока, на поверхности платы. Описать его можно либо кусочно-Постоянной функцией q„ i-ГДТ для источников тешюты и проставок, либо комбинацией кусочно -посто- янных функций для источников qt, i -2,4,6,8,10 и кусочно - квадратичных функций для проставок qv) i-1,3,5,7,9,11.

Методика решения ОЗТ с применением метода спектральных функций влияния (СФВ) граничных воздействий заключается в вьйоре сшктральньк составляющих граничного воздействия <р/£Э. Если распределение граничного воздействия i-ro участка границы аппроксимировать функцией, представляющей собой линейную комбинацию тига

п

qviO - ^aij<PjC£3, i- ГГЩ, j-ö7n, (4)

j=o

С £ - координата вдоль контура границьО, то задача сводится к определению параметров • граничных воздействий а^ путем решения системы линейных алгебраических уравнений

П !»i

TCx.,yJ ^ S=I7H . (5)

I«1j-o

где Сх„ у,1 -координаты расположения датчиков температуры; Н- количество датчиков; ТСх.,у.)- температура, полученная в результате измерения, WuCx.,y«,3- спектральная функция влияния граничного воздействия, установленная в результате

решения задачи теплопроводности для тела платы при нулевых воздействиях на участках поверхностей ее элементов за исключением того участка, на котором задается составляющая воздействия <р/ О.

Если количество точек необходимых наблюдений С изне -рений) N превышает количество искомых параметров пхт, используется точечный метод наименьших квадратов применительно к выражению С4).

Рассмотренный метод исшльзован для определзнля ГУ ка поверхностях проставок рабочей платы 1 -1,3,5,7,9,11.

Решение обратной задачи теплопроводности для тепловой модели платы выполняется по частям. Сначага определяются плотности тепловых штоков на поверхностях проставок. Затем вычисляются тепловье штоки га границах контактов проставок и источников тегшоты. Наконец, определяются плотности тепловых потоков т поверхностях II тагревательных элементов.

В работе предложен ускоренный алгоритм решения ОЗТ, основанный на том, что дай рассматриваемого диатзона температур тьпюироводаостъ ьгатериала проставок постоянна, а следовательно, стктралызье функции влияния ыотао определять один рзд к в деям&вкэч шплользозать для ретания 031' с различении эжод&ма дшзш. При гтои в кшгги ЗРЯ хранятся не весь массив ешктральных функций влияния. а только ^Схн,0.<)05). где х- - координата точек наблюдения, и шееявы во всех пратт-эдопных точках коне чно-разчос тюя ашрогсянацич моде да, отстоящих на 0,5 шага от поверхностей контакта проставок с. источниками теплоты, которые нужны для огдеед&лепия соответ-ствующкх плотностей тепловых штоков .

Локальный эффективный коэффициент конвекции представляется как

а;Сх!-ек--(7)

6

где еы. шкальный коэффициент конвекции, который определен в виде

• Цмс'фч

ей-—=--, (8)

Чт1

где плотность теплового штока с поверхности х-го-элеменга; - плотность штока излучения 1-го элемента; Я* - плотность теплового штока, передаваемого молекулярной теплопроводностью среды.

Предложена методика оценки погрешностей определения интенсивности теплообмена на шверхности составной платы, позволяющая установить интервал достоверности вычисления основных параметров. Она учитывает:

- возможный теплообмен между рабочей и компенсационной платами из-за недостаточной точности при измерениях температурь);

- погрешность измерения мощности тепловых источников;

- погрешность измерения темпа ратуры в разных точках рабочей платы и холодильника;

- погрешность 'измерения геометрических »размеров составных элементов шиты;

- погрешность определения координат мест установки датчиков температуры;

- недостаточная точность зависимости коэффициента теплопроводности органического стекла от температуры.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований в узких замкнутых полостях (ширина то-

лостн б изменялась от 5 до 25 ми), обогреваемых 5 ксточки нами теплоты, т которых устанавливались или равные температуры (Т^-соп^О. или равные электрические мощности (р4-С1-пз13. Шдтверздены швтсряемость результатов экспериментов. достоверность вьйора двухмерной тепловой модели, адекватность задания тегшовья режимов' на каждом та источта- . ков теплоты.

Доказала,, что т Лорюрованиа гограгаитго слоя га поверхностях элементов штаты, а, слэдсгатеяьш,' и на локель-ныэ коэффициенты конвекция,' влияют сзЬжныэ циркуляционные течения внутри шлосга Их ' фотографии приведены в диссертация. . .....'

Определено, .что во. всем иссл?дуемом диапазон хоНотрук-:, тнвных и реетмиыг параметров (Л\«0.15 -2;0 Вт, Ь»Ю, 15,20 ш,-5 «6-20 мм, где Ь - высота источников теплоты 3 внутри ю- ' леети, наряду с обвекми' го контуру, образуется жж^мье циркуляциониыг течения, зютерье в значительная стегени. влияют на лэкальиьв зтченяя »шгеиолвазстп теняиобкеяг. .

За основной искомая кримрпй' , юзяояяэдкй оавяать ясшз естественной конвежш в оошэм Ttpon.5c.ee теппотреязоа. Гбзэ учета радиационной состав летрЮ, лрянймавтоя. люкальшй с]ч1йиле:п .чокгещта Сес43. Опрздзггк'л» что ¿жпзЛ■ тгоя^^щ^•''•'• ект завис»» от НЕтСИолькаг п-р&г^трор;

ей=К ОгРт.й,. Ь, 5x0. (3) •

ою коср,рбят- п?стг>лэ»рнад оей симнетрго! источника

"с17у ты.

В холе иесягиоиакий бьнг полисам затоймюрюстя влкя-шы каддип: из усас-агльгс ч таяол. "астк вырааения факгеров, С с учетом особенностей формирования гокальньк щгрхуляцион-

ных течений. на значения локального коэффициента конвекции.

■ Были проведены исследования в диапазоне изменения чисел

Грасгофа от 200 до 60000 ( при Pr-const-0.7 ).

По результатам наблодений этот диапазон был разбит на 4

интервала: 200-500, 500-3000, 3000-20000, 20000-60000.

В интервале чисел Грасгофа 200-500 конвекция

отсутствует. Для e*v поверхностей источников тешюты в

каздом ю трех остальных интервалов изменения чисел Gr были

получены уравнения подобия, в частности: . 6г»500-3000

е*«3.38№й 0!,вС S* r0 ilC b 3° в* ' (10)

а--3000-20000

e*-0.453Gr° "C 5 )0 02а С Sk Г011С Ъ (II)

Gr-20000-60000

е»«5.536г°"07С S С S* r° "C b _ (12)

Средняя относительная погрешность абсолютных значений ею. , полученных по этим зависимостям, не превышает 21 X, а среднее квадратичное отклонение - 0.7Б.

Если учитывать, что значения е* могут изменяться в ходе одного зкспэримента только по высоте полости в 5 - 7 раз , то для инженерных расчетов погрешность, „получаемая ш формулам, является приемлемой.

Т.о., при помощи полученных критериальных уравнений можно о достаточной точностью определять локальныэ коэффициенты конвекции, а, следовательно, и локально значения конвективной составлявшей теплоотдачи в условиях свободной конвекции в узких замкнутых полостях прямоугольного сечения с дискретно расшлояенньш источниками тешюты.

- 19 -

3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Разработана и создана универсальная физическая модель. позволяющая исследовать теплообмен в замкнутых полостях с дискретно расположенный! источниками теплоты в шиг роком диапазоне изменения конструктивных и режимных параметров: толщины воздушной просжйкя. высоты источника теплоты, координаты расположения элемента платы по ее- вьсоте, а также теплового режима далэсти.

Теплоютери с тцльтоя стороны платы предотиралеш путем ■ установки конгкнсациошюй шиты с полостью. кпштрукгивш повторяющей рабочую . .

Заложена возможность для визуальшго наблюдения за течением тегиюдасителя.

2. Создан экспериментальный стенд в составе автоматизи-

> >

рованюго рабочего места на базе горсовальмото компьютера, при юмощи которого ыозно не только контролировать ход эксперимента, проводя первичную обработку инфоригдаи. но и. используя методику интерпретации результатов зкстарго<5эти> сразу шлучать как яжальньв этяётя искомых величия счксел Грасгофа! перепадов темзератур. аффективны? коэффициентов теплоотдачи и гокальшж коэффкцзк:ггов коквекцшо. тал и графические г5й|;исяг.оти могду Ьтдвта*« гарткетраш. Даянш акождеоюнталэ'г-« иссмздэвачий автоиатятга сохрамгагсз. систегатиэируется то определенным юйсскфявацюйньм признакам; и ыогуг ю пользоваться дан дальззйжзго анализа в

3. Разработана матеааткчзск^я модгль толвтебизж. составной платч с даскратншч теготовьмя лсточшкаяя.* .являющейся одной из вертикальных стенок узкой замкнутой полости.

- 20 -

4- Преда же та методика интерпретации результатов экспериментальных исследований в форме решения обратной задачи теплопроводности с применением метода спектральных функций влияния граничных воздействий, позволяющая устанавливать функциональную связь ыевду входными воздействиями с плотностями тепловых потоков^ и выходньыи параметрами с температурами доверхнотейо.

5. Разработана методика определения интенсивности теплообмена ца поверхностях платы-

6. Реализован алгоритм ускоренного решения пзт. позволяющий значительно сократить нэобходимье объемы памяти и машинное время при расчетах.

7- Предложена методика определения локальных значений - коэффициентов конвекции и эффективный коэффициентов теплоотдачи.

8. Разработана методика определения погрешности экспериментального исследования теплообмена в замкнутой полости с локалькьш источниками теплоты.

9. В исследуемом диапазоне режимных и конструктивных параметров замкнутых полостей с дискретно расположенными источниками теплоты определены локальные значения коэффициентов конвекции. ' к

10. Установлено, что на значение величины ей большое влияние оказывает характер течения теплоносителя внутри полости. особен»:-, наличие и расположение локальных циркуляционных зон.

11. Проведен анализ влияния на величину локального коэффициента конвекции толщины воздушной прослойки, числа Грае го фа. координаты расположения источ-

■ - - .

ников теплоты и пх геометрических разыэров свьсотз. Ока залэсь. что з различных nrcateooms: чйсга Грастофа характер влияния каадого из указанных шрауэтров различен.

12. Пэ лучены perpeccaoiajc уравнанкя для определения локального коэффициента хошешуга гак функции чпсла. Грасгофа и относитеяьгаж величал: икркш saitsjyTon »Ьлэсти. высоты и координаты раогюлозаная Егточаза таш»?ы. . . .

ОСШКЮЁ ССДОЙДШ 'ftfcfpltwt ' o?m®P«r>. в'6л*Дуяя®Х

опубликоважш ргйотаз: " ,

I. Кравченко o.D. Atiuso результатов зкстрйшкгально.-

раочетньш йссягдоваййй теяаообиэю ирй ec?ecm)ima конвех-

■ ■ ' *

ций в узких згкШяутМЕ шлостжг с iscRpetm ^гойзййнййм источниками тёгшугл - Харьков. 2593. -27 с. - (Ирепрюгг/ НАН Укралкы Ееьт пробяз» тюмтетроеикй; II 3SI).

2. Кравчешэ О. В., Ипцегтй 30. If . НаКаШ! О.С. MossJBi рование тепиэобиет при естественной шмзекцин в зашнутш ггиюстях с йяскретш ^засшлолешшл (гсточпюамг? теплоты. -Харьков. 1995. -33 с, - (Препринт/ ИАН Унраяпн. Ин-т проблэм машинэстроения; If 332).

3. Крзлчэнчо о. В. ?ашх?обме»: прл свободной ШФемцж в герметичных полостях щиилугольязго сечети с пяастянчатьия источниками теп/п // Тсз.докч. туча. ••пеь-г. кслф №>?*)№« ученых и сдацкалистов ;а . npoiijs:« пгалжотрс-еш;:-! АН УССР. -Харьков. 1990. - С. 17.

SUMMARY

Krftv.:lienko О. Y. Ha',iUT»l CcwrtHo beat irrnslet In sijuar e enclosure atth dtscretsly toralPd sources- of heat. Thes is monnscript.for finding 17 Ihs acatKisik d«nree of a candidal of of science on U>e speciality 05.14.05-

theoretical thermal engeneering, Institute for Problems in Machinery national Acadesay of Sciences of the Ukraine, Kharkov, 1395.

With the help physical arrJ cathejptical еойеШщ of equations for definition of the local characteristics of heat-exchange in square enclosure with discretely located sources of heat.

АНШТАШЯ '

Кравченко О. В. Теплообмен при естественной конвекции в замкнутых ролостях с дискрет® расшложенньми источниками тептты. Диссертация является рукописью, представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук го специальности 05.14.05 - теоретическая теплотехника. Институт проблем машиностроения НАН Украины, Харьков, 1995.

При помощи физического и математического моделирования получены критериальные уравнения дам определения локальных характеристик тепгаобмена в замкнутых полостях, обогреваемых дискретно расшлозганпади источниками'теплоты.

Ключов! слова: Ф1зична модель,моделюаашй, теплообмт, в!льна конвекщя. коеф!ц1енг конвекцп, тешюпров1дн1сть, дискретш джерела тегаюти. стктральш функци.