Лабораторна робота №5
Тепловий розрахунок комп'ютера.
Вхідні дані:
L, мм
B, мм
H, мм
?
tс, °С
P, Вт
(, мм
?з

480
420
380
0,94
45
160
38
0,8


Розрахунок температури корпуса
При нормальному атмосферному тиску, для корпуса із розмірами L х В х Н, зв'язок між потужністю Р і середньою температурою перегріву поверхні корпуса виражається рівністю:
P=(tk(k
де: (tk = tк - tс — температура перегріву;
tк — температура корпуса;
tс— температура навколишнього середовища;
(k — теплопровідність від корпуса в середовище, Вт/град.
Теплопровідність корпуса визначається як сума теплопроідностей верхньої, нижньої і бокових стінок:
(к=(кв+(кн+(кб;
(к=(вSв+(нSн+(бSб
де: ((в, (н, (б — повні коефіцієнти тепловіддачі відповідно верхньої, нижньої і бокових стінок корпуса, Вт/(м2 град);
Sв, Sн, Sб — площа відповідно верхньої, нижньої та бокових стінок корпуса, м2.
Повний коефіцієнт тепловіддачі (і;-й поверхні рівний сумі конвективного коефіцієнта (кі і коефіцієнта теплообміну випромінювання (ві:
(і = (кі + (ві
Коефіцієнт теплообміну випромінювання:
(ві = ?віf(tк, tс),
де: f(tк, tс) — функція температури одиночного блоку, рівна:

?ві — приведена степінь чорноти і-ї поверхні. Значення коефіцієнтів (ік визначаються по формулам:
а) Для горизонтальної поверхні, що розсіює тепловий потік вверх:

де: lmin — менший розмір поверхні корпуса, м;
А2 —коефіцієнт, що залежить від фізичних параметрів повітря, значення якого береться із довідкового матеріалу.
tm — температура у приграничному шарі корпус - середовище, використовується для визначення коефіцієнта А2 і приблизно визначається як середнє арифметичне температур корпуса і середовища:
tm=0.5(tk+tc);
b) Для горизонтальної поверхні, що розсібє тепловий потік вниз:

с) Для вертикальної поверхні висотою Н, м:

Задавшись температурою (tкі, на основі вище описаного ходу обчислень, вираховують Р1.
Таким чином координати першої точки теплової характеристики є (Р1;(tk1).
Аналогічним чином, задавшись другим значенням температури корпуса tk2, знаходимо тепловий потік P2, що розсіюється корпусом при температурі (tk2, отримавши координати другої точки теплової характеристики корпуса (Р2; (tk2). Третьою точкою служить початок координат.
Дальше по цим точкам будують графік теплової характеристики корпусу P=f((tk). За допомогою цього графіка знаходять для заданої потужності Р перегрів корпуса (tk1.
Розрахунок:
Задамось температурою (tk1=Р/(9 Sk) = 16.4°С (tk1=61.4°С) Sk=1.0872 м2

tm=0.5(61.4+45)=53.2 (C
А2 вибираємо рівним 1,31
Конвективні коефіцієнти:






Повні коефіцієнти тепловіддачі:
(в= 7,4+4,26= 11,66
(н = 7,4+2,29= 9,69
(б = 7,4+3,36= 10,76
Sв=Sн=0,2016м2
Sб = 0,684м2
(к= 11,66·0,2016м2+9,69·0,2016м2+10,76·0,684м2= 11,7
P1 =16,4град · 11,7 =191,88Вт
Задамось температурою (tk2=(tk1·P/P1=16,4(C ·160Вт/191,88Вт=13,7(C (tk2=58,7(C)

tm = 0.5(58,7+45) = 51,8(C
А2 вибираємо рівним 1,31






(в= 7,32+4,07=11,39
(н = 7,32+2,19= 9,51
(б = 7,32+3,21= 10,53
Sв=Sн=0,2016м2
Sб = 0,684м2
(к= 11,39·0,2016м2+9,51·0,2016м2+10,53·0,684м2= 11,42
P1 =11,42град · 13,7 =156,5Вт
Теплова характеристика корпуса буде мати вигляд:

За тепловою характеристикою корпуса, для заданої потужності, визначаємо температуру перегріву корпуса, яка рівна:
(tк=14 °С
Звідки знаходимо температуру корпусу:
tк= (tк + tc =14+45=59 °С
Розрахунок температури нагрітої зони
При нормальному атмосферному тиску, для корпуса із розмірами 1 х b х h, зв'язок між потужністю Р і середньою температурою перегріву нагрітої зони виражається рівністю:
P= (tз (з,
де: (tз = tз - tк — температура перегріву;
tз — середня температура нагрітої зони;
tc — температура навколишнього середовища;
tк — температура корпуса;
(з — теплопровідність від нагрітої зони до корпусу, Вт/град.
Теплопровідність нагрітої зони визначається формулою:
(з=(зк+(зв;
(зв=(злSз:
(зк=(бзS бз +( взS вз +( нзS нз;
S в, S н, S б — площа відповідно верхньої, нижньої та бокових стінок нагрітої зони, м2;
((бз, ( вз, ( нз —коефіцієнт тепловіддачі конвекції, відповідно для бокової, верхньої та нижньої частини нагрітої зони.
Коефіцієнт теплообміну випромінювання:
( нз= ?звf(tз,tk),

Езв – приведена степінь чорноти зони.
Sз — сумарна площа поверхні нагрітої зони.
Sз=S бз +S вз +S нз=2[h(1+b)+1b] (м2)
Коефіцієнт тепловіддачі конвекції для верхньої частини поверхні нагрітої зони:

А5 —коефіцієнт, що залежить від температури , значення якого береться із довідкового матеріалу.
tm=0.5(tз+tк);
Коефіцієнт (нз визначається по формулі:
(нз =(f/(в
де: (f — коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі tm, береться із довідкового матеріалу.
Коефіцієнт (бз визначається по формулі:
(бз =0,5((вз +(нз);
Дальше розрахунок проводиться як при тепловому розрахунку температури корпуса комп'ютера.
Розрахунок:
Sз= 2[(0.38-0.038-0.038)*(0.48+0.42)+0.48*0.42]=0,9504 м2
(tз1=Р/(9Sз)=160Вт/(9*0,9504°С)=18,7°С
tз1=59°С+18,7°С =77,7°С
tm =0.5(77,7°С+59°С)=68,4 °С
(f – Коефіцієнт теплопровідності
(f=0.029 Вт/м2град
(нз =0.029 Вт/м2град/0,038 Вт/м2град=0,78
А5=0,57

(бз =0,5(5,81+0,78)=3,29
(зк=3,29*2*0,304(0,48+0,42)+5,81*0,48*0,42+0,78*0,48*0,42=3,13

(зв=7,22*0,9504м2=6,86
(з=3,13+6,86=10
Рі=18,7С *10=187 Вт
(tз2=(tз1Р/P1= 18,7*160/187=16°С
Sз=0,9504м2
tз2=59+16=75С
tm =0.5(75+59)= 67 °С
(f=0.0295 Вт/м2град
(нз =0.0295/0.038=0,78
А5=0.57

(бз =0,5(5,59+0,78)=3,19 (зк=3,19*2*0,304(0,48+0,42)+5,59*0,48*0,42+0,78*0,48*0,42=3,85
(зв=7,14*0,9504=6,78
(з=6,78+3,85=10,63
Рі=16 *10,63 =170,1Вт
Теплова характеристика нагрітої зони приведена нижче. За тепловою характеристикою нагрітої зони, для заданої потужності , визначаємо температуру перегріву, яка рівна:
(tз=15°С
Звідки знаходимо температуру нагрітої зони:
tз= tк + (tз =59+15=74°С
Теплова характеристика нагрітої зони буде мати вигляд: