• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Кондуктивне перенесення теплової енергії

Таблиця 1.1.

Основні поняття і закони перенесення енергії і речовин

Охолодження ЕОМ та систем

Збільшення щільності компановки та швидкості перемикання елементів ЕОМ призводить до суттєвого збільшення питомої потужності розсіювання на одиницю площі поверхні конструкцій їх вузлів.

Так для ланкової апаратури та апаратури на основі дискретних транзисторів питома потужність розсіювання складає

0,03 – 0,5 Вт/см²

Для сучасної мікроелектронної апаратури

0,6 – 6 Вт/см²

Для порівняння. Питома потужність розсіювання на поверхні звичайної електричної плити побутового призначення близько 3 Вт/см². Тому питання створення необхідних теплових режимів роботи електронних елементів і вузлів ЕОМ є надто важливим і потребує цілого комплексу технічних і технологічних рішень.

Явище теплообміну зв’язано з незворотнім перенесенням енергії із однієї частини простору до іншої і зумовлено різницею температур між частинами простору.

Явище масообміну зв’язано з переміщенням речовини і зумовлено в основному різницею концентрації речовини в різних частинах простору.

Ці процеси (явища) можуть бути супутніми одне другому, то має місце – тепломасообмін.

В інших випадках їх можна розглядати окремо, то процеси називаються відповідно:

- теплообмін;

- масообмін.

В природі мають місце три види переносу теплової енергії:

а) теплопровідність (кондукція) – процес обміну тепловою енергією між тілами або частинами тіл, що знаходяться в контакті за рахунок взаємодії молекул або їх атомів;

б) конвекція – перенесення енергії мікрочастинками газу або рідини;

в) теплове випромінення – перенесення енергії, зумовлене перетворенням внутрішньої енергії речовини в електромагнітне випромінення, перенесення електромагнітних хвиль в іншу частину простору, поглинання речовиною хвиль в цій частині простору.

Для відображення процесу цих видів теплообміну можна використати наступний вираз:

Ф = α·S·Δθ (1.1)

де, Ф – тепловий потік, Вт;

α – коефіцієнт теплової віддачі, Вт/(м²·К);

S – площа поверхні теплового обміну, м²;

Δθ – різниця температур між двома ізотермічними поверхнями в тілі (речовині), або між тілами (речовинами), К.

Використання перерахованих видів теплообміну дозволяє реалізовувати різні способи і відповідно системи охолодження мікроелектронної апаратури. Всі вони характеризуються відповідними значеннями коефіцієнтів теплової віддачі, таблиця 1.1.

Якщо зв’язати відповідну питому потужність теплового розсіювання, тобто потік Ф, яке має місце в реальних електронних пристроях, що наводилось раніше, з коефіцієнтами теплової віддачі α таблиці 1.1, то із формули (1.1) слідує, що різні системи охолодження дозволяють забезпечити ту чи іншу різницю температури Δθ між поверхнями елементів і конструкцій ЕОМ і середовищем систем охолодження.

Приклад 1) S = 1 см²; Ф = 6 Вт; α = 10 Вт/(м²·ºС).

Δθ – ?

Із формули (1.1)

Приклад 2) S = 1 см²; Ф = 6 Вт; α = 3000 Вт/(м²·ºС).

Δθ – ?

В загальному випадку перенесення теплової енергії Ф(l_i) від ізотермічної поверхні S(l_i) температурою θ_i до ізотермічної поверхні S(l_j) з температурою θ_j описується виразом:

θ_i - θ_j = F_ij · Ф(l_i) або θ_j - θ_i = F_ji · Ф(l_j), (1.2)

де i, j – ізотермічні поверхні з величинами площ S(l_i) та S(l_j) відповідно;

θ_i, θ_j – температури ізотермічних поверхонь;

l_i, l_j – нормалі до ізотермічних поверхонь, які є координатами цих поверхонь;

F_ij, F_ji – теплові коефіцієнти, які зв’язують тепловий потік з різницею температури.

Теплообмін кондукцією протікає по закону Фур’є, у відповідності з яким для елементу ізотермічної поверхні l щільність теплового потоку Ф_l [Вт/м²] рівна:

Ф_l = -λ(dΘ/dl), (1.3)

де λ – коефіцієнт теплопровідності матеріалу [Вт/(м·К)].

Враховуючи, що Ф_l = Ф(l) / S(l), то із (1.3) слідує, що:

(1.4)

Проінтегрувавши ліву частину виразу (1.4) від θ_i до θ_j, а праву від l_i до l_j отримаємо:

(1.5)

Із виразів (1.2) та (1.5) слідує, що тепловий коефіцієнт:

, (1.6)

Якщо між поверхнями i та j відсутні стоки енергії (не витікає або не втікає додаткова енергія через бокові поверхні між поверхнями i та j) та джерела теплової енергії, тобто Ф(l) = Ф(l_i) = Ф(l_j) = const, то тепловий коефіцієнт F_ij називається тепловим опором; позначимо його через R_ij = F_ij, і він буде мати вираз:

, [К/Вт] (1.7)

Величина, обернена R_ij – теплова провідність:

σ_ij = 1/R_ij, [Вт/К] (1.8)

Вирази для теплового опору однорідних тіл плоскої та циліндричної форми є наступними:

R_пл = (l₂ – l₁) / (λ·S_пл); (1.9)

(1.10)

Читайте також:

1. III. За виділенням або поглинанням енергії
2. IV. Критерій питомої потенціальної енергії деформації формозміни
3. Визначення ймовірності перерви електропостачання і середньої кількості недоотриманої електроенергії.
4. ВИКОРИСТАННЯ СВІТЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ ГАЛОБАКТЕРІЯМИ
5. Вимірювання енергії
6. Вимірювання потужності та енергії на високих частотах
7. Врахування витраті втрат електроенергії. Приклад складання електробалансу.
8. Втрати енергії вздовж круглого трубопроводу. Формула Пуазейля і коефіцієнт Дарсі.
9. Втрати потужності та енергії в лініях
10. Графічне представлення енергії
11. Джерела електричної енергії
12. Джерела електричної енергії (джерела живлення).

Переглядів: 626