Національний університет “Львівська Політехніка”
Кафедра “Електронні обчислювальні машини”
Лабораторна робота №5
з дисципліни
" Технологія виробництва та конструювання комп’ютерів "
на тему:
“ Розрахунок теплового режиму герметичного комп'ютерного блока.”
Виконала:
Ст. гр. КІ-3
Львів - 2004
Мета роботи: навчитись розраховувати тепловий режим герметичного комп'ютерного блока.
Теоретичні відомості.
При заданих геометричних розмірах блока L,B,H ; степені чорноти блока , розсіюванній потужності Р, температурі оточуючого середовища tc побудувати теплову характеристику блока tk=F(P), користуючись якою визначити температуру корпуса tk=tc+tk .
Далі для горизонтально орієнтованої нагрітої зони при заданих верхньому і нижньому повітряних зазорах в, н та зведеному степені чорноти зони з
побудувати теплову характеристику зони tз=f(P) користуючись якою визначити температуру нагрітої зони tз=tк+tз.
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=tkk
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 теплопровідностей 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 = Eвіf(tк, tс),
де: f(tк, tс) — функція температури одиночного блоку, рівна:
EMBED Equation.3
Еві — приведена степінь чорноти і-ї поверхні. Значення коефіцієнтів ік; визначаються по формулам:
EMBED Equation.3 ,
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);
EMBED Equation.3 ;
b) Для горизонтальної поверхні, що розсіює тепловий потік вниз:
EMBED Equation.3 ;
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) = 10,08°С (tk1=60°С); Sk=0,4912(м2)
EMBED Equation.3
tm=0.5(60+50)= 55 C
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
А2 вибираємо рівним 1,32
в= 7.36+4,19= 11,15 Вт/(м2 град)
н = 7.36+2,25= 9,61 Вт/(м2 град)
б = 7.36+3,18= 10,54Вт/(м2 град)
Sв=Sн=0,0896м2
Sб =0.4912-0.0896*2=0.312м2
к= 11,15 *0,0896+9.61*0,0896+10.54*0.312= 5.148Вт/град
P1 =10*5.15 =51.5Вт
Задамось температурою tk2= 5C (tk2=55C)
EMBED Equation.3 tm = 0.5(55+50) = 52.5C
А2 вибираємо рівним 1,31
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
в= 7.32+4.05= 11.37 Вт/(м2 град)
н = 7.32+2.18= 9.5Вт/(м2 град)
б = 7.32+3.12= 10.44 Вт/(м2 град)
Sв=Sн=0,0896м2
Sб = 0.4912-2*0.0896=0.312м2
к= 11.37 *0,0896+9.5*0,0896+10.44*0.312= 4.86 Вт/град
P2 =5*4.86=24.32 Вт
Теплова характеристика корпуса буде мати вигляд:
За тепловою характеристикою корпуса, для заданої потужності (Р=50Вт), визначаємо температуру перегріву корпуса, яка рівна:
tк=9 °С Звідки знаходимо температуру корпусу:
tк= tк + tc =9 +50=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= Езвf(tз,tk),
EMBED Equation.3
Езв – приведена степінь чорноти зони.
Sз — сумарна площа поверхні нагрітої зони.
Sз=S бз +S вз +S нз=2[h(1+b)+1b]= 0,586 (м2)
Коефіцієнт тепловіддачі конвекції для верхньої частини поверхні нагрітої зони:
EMBED Equation.3
А5 —коефіцієнт, що залежить від температури їщ, 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);
Далі розрахунок проводиться як при тепловому розрахунку температури корпуса комп'ютера.
Розрахунок:
tз1= tk+Р/(9Sз)= 45/(9*0.30256)= 16.52°С
Sk=0,.30256 м2
tз1=75.52°С
tm = 67.26 °С
f=0.0296 Вт/м2град
А5=0.586
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
нз =0.0296/0.045=0.66
бз=0,5(7.45+0.66)=4,03
зв=7.15
зк=4.03*0.1734+7.4*0.064625+0.66*0.064625=1.22
Рі=16.52* (1,23+7.15))=138.2Вт
Задамося другою точкою залежності P(tз):
tз2=4°С
Sз=0.30256 м2
tз259+4=63°С
tm =0.5(59+63)= 61°С
f=0.029 Вт/м2град
А5=0.582
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
нз =0.029/0.045=0,65
бз =0,5(5,19+0,65)= 2.92
зв=6.76
зк= 2*0.064625*(0.65+5.19)+0.1734*2.92=1.26
Рі=4*(6,76+1,26) =32,08Вт
Теплова характеристика нагрітої зони приведена нижче. За тепловою характеристикою нагрітої зони, для заданої потужності (Р=45 Вт), визначаємо температуру перегріву:
tз= °С
Звідки знаходимо температуру нагрітої зони:
tз= tк + tз =59+ = °С