Жидкостное охлаждение герметичного блока.

Упрощенное представление конструкции с системой принудительного жидкостного охлаждения дано на рис. 4, а. Трубопровод с теплоносителем 2 припаян к теплостоку в нагретой зоне 3, температура жидкости на входе системы t _вх, на выходе — t _вых. Тепло, выделяемое в нагретой зоне, через стенку трубопровода передается охлаждающей жидкости (конвективная теплопередача), конвекцией и излучением — на кожух 1и с наружной поверхности кожуха — окружающей блок среде.

Рис.4 Тепловая модель блока с принудительным жидкостным охлаждением: а — схематическое изображение конструкции; б — тепловая схема

Поверхности кожуха, нагретой зоны с трубопроводом считаются изотермическими, тепловое сопротивление между теплостоком и трубопроводом мало. Не учитывается из-за малой величины и тепловое сопротивление стенки трубопровода.

Тепловая схема блока приведена на рис. 4, б. По схеме составляется система уравнений, связывающих обозначенные переменные:

Р=Р₁₊Р₂;

Р₁ = σ_з.ж (t_з- t _ж); (4)

Р₂ = σ_з.к (t_з- t _к) = Р₁ = σ_к.с (t_к- t _с),

где σ_з.ж — тепловая проводимость конвективной теплопередачи от нагретой зоны к жидкости; σ_з.к — тепловая проводимость теплопередачи конвекцией и излучением через воздушную прослойку от нагретой зоны к кожуху (см. Г.Н. Дульнев, стр.75); σ_{к с} — тепловая проводимость, характеризующая теплообмен кожуха с окружающей средой; t₃, t_K— среднеповерхностные температуры нагретой зоны и кожуха; t_ж = 0,5(t_вх + t_вых) — средняя температура охлаждающей жидкости.

Дополнительное уравнение получают исходя из условия, что все тепло, кроме рассеиваемого в окружающей среде, расходуется на повышение теплосодержания охлаждающей жидкости:

Р = σ_{к с} (t_к- t _с) + w_ж(t_вых - t_вх)

где w_ж = G_v ρ c_p — условная тепловая проводимость жидкости.

Плотность ρ и удельная теплоемкость с жидкости берут для средней температуры t _ж.

Тепловая проводимость σ_з.ж = α_з.ж S_тр, где α_з.ж — конвективный коэффициент теплопередачи от стенки трубопровода к жидкости; S— площадь внутренней поверхности трубопровода.

Определение α_з.ж производится для условий принудительного конвективного теплообмена в трубах.

Тепловые проводимости σ_з.к и σ_к.с характеризуют теплообмен с окружающей средой при естественной воздушной конвекции.

Для определения неизвестных среднеповерхностных температур нагретой зоны t₃ , кожуха t _K и температуры жидкости на выходе системы охлаждения t_вых можно воспользоваться методами последовательных приближений или тепловой характеристики.