Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
О
Факультет:
КН
Кафедра:
Кафедра ЕОМ
Інформація про роботу
Рік:
2018
Тип роботи:
Звіт до лабораторної роботи
Предмет:
Технології проектування комп’ютерних систем
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Національний університет „Львівська політехніка”
Кафедра ЕОМ
Звіт
з лабораторної роботи №5
з дисципліни: “Технології проектування комп’ютерних систем”
Львів 2018
Метою роботи: провести розрахунок теплового режиму герметичного комп'ютерного блоку.
Завдання:
L,
мм
B,
Мм
H,
мм
ε
tc, град
Р,
Вт
δ, δв, δн,
мм
Εз
480
420
220
0,94
50
80
22
0,8
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.
В більшості комп’ютерів лише декілька процентів підведенної потужності витрачається на корисне перетворення сигналу, решта виділяється у вигляді теплової енергії. Температурний режим обмежує зменшення розмірів комп’ютерів; доводиться передбачати охолодження, що призводить до збільшення ваги та габаритних розмірів. При вивченні теплового режиму комп’ютера застосовують наближені фізико-математичні методи.
Перенос теплової енергії з однієї частини комп’ютера в іншу або оточуюче середовище називають теплообміном. Температурний стан, тобто просторово-часову змінену температури, називають тепловим режимом комп’ютера.
Перенос теплової енергії здійснюється теплопровідністю (кондукцією), конвекцією та випромінюванням. В реальних умовах всі три способи переносу енергії одночасно і разом визначають тепловий режим комп’ютера. Комплекс заходів, спрямованих на зниження температури-складний, потребує довгого опрацювання та значних матеріальних затрат, тому в процесі розробки комп’ютера необхідно приділяти увагу економічно виваженому рішенню задачі охолодження. З метою економії намагаються, спочатку, створити звичайну конвекцію, приймаючи заходи по інтенсифікації передачі тепла іншими способами (випромінюванням і теплопровідністю).
Загальна схема відводу теплового потоку від герметичного блока показана на рис.I.
Тут конструкція розглядається у вигляді фізичної моделі, в якій нагріті елементи представляються нагрітою зоною 1 з ізотермічною поверхньою S3 , яка має температуру t3 .
Як ми бачимо з (рис І), теплова потужність, яка виділяється в нагрітій зоні (H.З.), передається через обмежений об’єм 2 до корпуса 3, а від корпуса до оточуючого середовища 4.
На своєму шляху тепловий потік проходить через сумарний тепловий опір R(=R1+R2+R3, де згідно рис.I, R1 є опором тепловому потокові на шляху від нагрітої зони до корпуса і носить конвективний характер, R2- кондуктивний опір корпуса, R3-опір тепловому потоку при його розповсюджені від зовнішньої поверхні корпуса в оточуюче середовище. Цей опір R3 складається з двох паралельно увімкнутих опорів R(3-обумовленного конвекцією та R((3-випромінюванням.
Розрахунок режиму охолодження при природній конвекції зводиться до визначення теплової характеристики корпуса та нагрітої зони комп’ютера. Тепловою характеристикою нагрітої зони (або корпуса) називається функціональна залежність температури перегріву від потужності теплових втрат. Комп’ютер має дуже низький коефіцієнт корисної дії по потужності, тому можна вважати, що потужність теплових втрат дорівнює потужності, споживаній від мережі.
При нормальному атмосферному тиску для корпусу з розмірами L*B*H (рис.2) зв’язок між потужністю P, яка споживається комп’ютером, і середньою температурою перегріву поверхні корпуса виражається рівнянням
P= tk ( k , (1)
де tk=tк-tc –температура перегріву ; tk – темпертура корпуса ; tc –температура оточуючого середовища ; (k –теплопровідність від корпуса в оточуюче середовище, Вт/град.
Теплопровідність корпуса визначається як сума теплових провідностей верхньої та нижньої і бокових стінок.
(2)
де (в, (н, (б -повні коефіцєнти тепловіддачі відповідно верхньої, нижньої та бокових стінок ,Вт(м2/град. Sв ,Sн ,Sб –площа відповідно верхньої , нижньої і бокових стінок корпуса , м2 .
Повний коефіцієнт тепловіддачі її поверхні дорівнює сумі конвективного коефіцієнта (кі і коефіцієнта випромінювання ( ві
(3)
Коефіцієнт випромінювання
(4)
де - функція
температури одиночного блоку
рівна. РИС.2
(5)
- степінь чорноти і-тої поверхні, значення якої береться з табл. 1.
Значення коефіцієнтів (кі визначається за формулами [1]
а)для горизонтальної поверхні, яка розсіює тепловий поток вгору
(6)
де lmin –менший розмір горизонтальної поверхні корпуса , м ; А2 –коефіцієнт, залежний від фізичних параметрів повітря , значеня якого берется з табл.2[1].
Таблиця 2
Значення А2 при tm (C
Tm
10
20
30
40
60
80
100
A2
1.4
1.38
1.36
1.34
1.31
1.29
1.27
tm –температура повітря в шарі прилеглому до корпуса приблизно визначається, як середнє арифметичне температур корпуса та середовища:
(7)
б) для горизонтальної поверхні корпуса, яка розсіює тепловий поток до низу
(8)
в) для вертикальної поверхні висотою H, м:
(9)
На основі (2) - (9) задавши температуру tk1=tk+(tk, вираховують (к1. Після цього з (1) визначають
Потужність розсіювану корпусом ,нагрітим до темпертури tк1 :
(10)
Таким чином визначено координати першої точки теплової характеристики корпуса().
Подібно ,задавшись другим значенням температури корпуса , знаходять потужність , розсіювану корпусом при температурі і отримують координати другої точки теплової характеристики корпуса (). Третьою точкою служить початок координат.
Далі по цих точках будують графік теплової характеристики корпуса (рис.3).
За допомогою цього графіка знаходять для заданної потужності , яка виділяється всередині корпуса, перегрів корпуса .Можна також отримати наближену формулу для оцінки температури , в якій не враховується температурна залежність коефіцієнтів теплообміну.
На основі (2) , (3)
(11)
З (6) – (9) випливає, що і відрізняються від середнього значення , знайденого по цим формулам на . Враховуючи, що , отримаємо
де - площа поверхні корпуса.
Якщо і змінюються в межах від 20 до , а степінь чорноти поверхні корпуса досить великий (), то
Якщо ж , висота блоку 0,1 –0,5 м, то значення складають (2,4 – 4,4)
; в середньому .
Наближено можна вважати також, що
(13)
З врахуванням (13) отримаємо ,Вт/град:
(14)
Враховуючи (14) , перепишемо (1) як
де Р – в ватах; Sk – в метрах квадратних.
Значення температури корпуса tk, отримане з виразу (15), бажано брати як перше значення температури корпуса tk1, що використовується для визначення першої точки теплової характеристики з виразу (10).
Для того щоб знати, знаходяться елементи комп’ютера апарату у допустимому температурному режимі чи ні, необхідно за визначенним значенням температури корпуса
tk визначити температуру нагрітої зони t3 усередині корпусу.
Розглянемо розповсюдженний випадок з горизонтально орієнтованою еквівалентною нагрітою зоною з розмірами l*b*h (див.рис.2)
Для нагрітої зони , подібно (1) , можна записати
(16)
де -температура перегріву; t3 – середня температура нагрітої зони; tk- температура корпуса; (3 – теплопровідність від нагрітої зони до корпусу , Вт/град.
Теплопровідність (17)
де (3к – конвективна теплова провідність між нагрітою зоною і корпусом; (3Л – променева теплова провідність між нагрітою зоною і корпусом.
Променева теплова провідність (18)
Конвективна теплова провідність на основі (2)
(19)
де (зв – коефіцієнт теплообміну опромінюванням
тут (зв – зведений степінь чорноти зони , рівний (зв((3((к;
(3 і (k - ,беремо з таблиці 1. Функція f(t3,tk) визначається подібно до (5) , як
В (18) S3- сумарна площа поверхні нагрітої зони ,
де Sбз- площа бокової поверхні нагрітої зони; Sвз – площа верхньої частини нагрітої зони; Sнз– площа нижньої частини
нагрітої зони; - коефіцієнти тепловіддачі конвекцією відповідно для складових поверхні нагрітої зони
З врахуванням розмірів нагрітої зони (17) можна переписати як:
(22)
Конвективний коефіцієнт для верхньої частини нагрітої зони ,
(23)
де зазор між верхньою частиною поверхні нагрітої зони і внутрішньою поверхнеюкорпуса,м;
А5 – коефіцієнт, що залежить від температури , для повітря береться з таблиці 3 [1].
Таблиця 3
0
50
100
200
0,63
0,58
0,56
0,44
Коефіцієнт визначається за формулою
(24)
де - коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі , наведений в
Таблиця 4
2.44
2.31
2.56
2.68
2.78
2.83
2.9
2.97
3.05
3.13
tm, (C
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
-зазор між нижньою частиною поверхні нагрітої зони та внутрішньою поверхнею корпуса.
Коефіцієнт для бокової поверхні визначається за формулою:
(25)
Побудова теплової характеристики нагрітої зони (tз=f(P) проводиться подібно до побудови теплової характеристики корпуса (рис.3). При цьому температуру зони в першому наближенні рекомендується прийняти рівною (tз1=tk+f
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 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:
Еві — 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 розсіює 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:
Sk= 2*(b*l+b*h+h*l)*10-6 = 2* (480 * 420 + 420 * 220 + 220 * 480) * = 0,799 м2
Задамось температурою (tk1= Р/(9*Sk) = 100/(9*0.799) = 11,12 °С
tk1= tc+(tk1 = 50 + 11,12 = 61,12 °С;
(bі = bіf(tк, tс)
= 0.94 * 8,05 = 7,56
tm=0.5*() = 0,5*(61,12 + 50) = 55,56 (C
А2 вибираємо рівним 1,32
bmin = 420*= 0,42 м
= = (B*Sв+(H * Sн+(* S
S= S= B*L*10= 420 * 480 * 10=0,2016 м
S= 2*(B*H + H*L)*10= 2*(420*220 + 220*480)*10= 0,396 м
(i =(ki +(bi
(B= (кв + (b1 = 3,883 + 7,56 =11,447 Вт/(м2 град)
(Н = (кн + (b1 = 2,091 + 7,56 =9,655 Вт/(м2 град)
( = (к + (b1 = 3,511 + 7,56 =11,075 Вт/(м2 град)
= Sн*((B + (Н) + (* S=0,05775*(11,447 + 9,655) + 11,075*0,396 = 8,640 В1т/град
P1 = 8,640*(61,12 - 50) = 96,092 Вт
Задамось температурою (tk2=(tk1*P/P1= 11,12*80/96,092 =9,260 (C
tk2 = tc + (tk2 =50+9,260 = 59,260(C
(bі = bіf(tк, tс)
tm = 0,5*() = 0,5*(59,260 + 50) = 54,63 (C
А2 вибираємо рівним 1,32
lmin = 165*= 0,420 м
= = (B*Sв+(H * Sн+(* S
S= S= B*L*10= 420 * 480 * 10=0,2016 м
S= 2*(B*H + H*L)*10= 2*(420*220 + 220*480)*10= 0,396 м
(i =(ki +(bi
(B= (кв + (b1 = 3,713 + 7,499 =11,212 Вт/(м2 град)
(Н = (кн + (b1 = 1,999 + 7,499 = 9,498 Вт/(м2 град)
( = (к + (b1 = 3,357 + 7,499 =10,856 Вт/(м2 град)
= 0,2016*(11,212 + 9,498) + 10,856*0,396 = 8,474 Вт/град
P2 =8,474*(59,26 - 50) = 78,496 Вт
Теплова характеристика корпуса буде мати вигляд:
За тепловою характеристикою корпуса, для заданої потужності (Р=80 Вт), визначаємо температуру перегріву корпуса, яка рівна: (tк=9,4 °С
Звідки знаходимо температуру корпусу:
tк= (tк + tc = 9,4 + 50 = 59,4 °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 —коефіцієнти тепловіддачі конвекції, відповідно для бокової, верхньої та нижньої частини нагрітої зони.
Коефіцієнт теплообміну випромінювання:
( нз= Езвf(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]
Коефіцієнт тепловіддачі конвекції для верхньої частини поверхні нагрітої зони:
А5 —коефіцієнт, що залежить від температури tm, (із довідкового матеріалу).
tm=0.5(tз+tк);
Коефіцієнт (нз визначається по формулі:
(нз =(f/(в
де: (f — коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі tm, (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:
h=H-2*22=220-44=176 мм
Sз= 2*(b*l+b*h+h*l)*10-6 = 0,72 м2
Задамось температурою (tз1= Р/(9*Sk) =80 / (9 * 0,72) = 12,346°С
tз1= (tз1 + tк = 12,346 + 59,4 = 71,767°С
tm =0,5*(tк + tз1)= 0,5*(59,4 + 71,767) = 69,625 °С
(f =0,029392 Вт/м2град (з таблиці)
(нз 0,029392 / 0,022 = 1,336 Вт/м2град
А5 вибираємо рівним 0,57
(= 0,5*((нз +(вз) = 0,5*(1,336+5,027) = 3,181 Вт/м2град
(з = (зк + (зв
(зк= ( *S + (вз *Sвз + (нз *Sнз
(зк = [(*2*h*(L+B)+(вз *L*B+(нз *L*B]*10-6 = (3,181 *2*220*(480+420) + 5,027 * 480 * 420+1,336*480*420)* = 2,291 Вт/град
(зв= (зв *Sз = 7,046 * 0,72 = 5,073 Вт/град
(з =2,291 + 5,073 = 7,363 Вт/град
Р1 = (tз1 *(з = 12,346 *7,363 = 90,907 Вт
Задамося другою точкою залежності P((tз):
(tз2=(tз1*(P/P1 ) = 12,346*(80/90,907) = 10,864 °С
tз2=(tз2 + tк = 10,864 + 59,4 = 70,286 °С
tm =0,5*(tк + tз2)= 0,5*(59,4 + 70,286) = 64,854 °С
(f =0.02934 Вт/м2град (з таблиці)
(нз =0.02934 /0,022 = 1,334 Вт/м2град
А5 вибираємо рівним 0,57
( =0,5*(4,866+ 1,334) = 3,1 Вт/м2град
(зк = [(*2*H*(L+B)+(вз *L*B+(нз *L*B]*10-6 = (3,1*2*220*(480 + 420) + 4,866 * 480*420+1,334*480*420)* = 2,32 Вт/град
(зв= 6,999*0,72= 5,039 Вт/град
(з = 2,32 + 5,039 = 7,271 Вт/град
Р2 = (tз2*(з = 10,864 *7,271= 78,998 Вт
Теплова характеристика нагрітої зони:
За тепловою характеристикою нагрітої зони, для заданої потужності (Р=80Вт), визначаємо температуру перегріву, яка рівна: (tз= 10,989 °С
Звідки знаходимо температуру нагрітої зони:
tз= tк + (tз = 59,4 + 10,989 = 70,389 °С
Висновок: Під час виконання лабораторної роботи я навчився розраховувати тепловий режим герметичного комп’ютерного блока. Зробив розрахунок теплового режиму герметичного комп’ютерного блока згідно заданого варіанту.
24.11.2018 18:11-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора