电子设备方舱热学分析范文

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《电子机械工程杂志》2014年第三期

1目前常用算法的缺陷

1．1热平衡的算法假设方舱的保温性能达标，舱外温度为寒冷，舱内需加热，其传热系数为λ，舱内外温差为T，加热器率为Q(含舱内设备发热量)，方舱舱壁面积为S，则从舱壁传出的热量为如果进行粗略计算，当温差为T时，只需舱内加热设备补充与Q1相等功率的热量，即可使舱内达到热平衡，这是目前常用的一种算法［3］。但是，对于有些方舱，并不是达到了热平衡就可以满足要求的，还需要在限定时间内将方舱温度提升至要求的温度，此时按式(1)计算显然是不够的，还应加上提升方舱温度所需要的功率。

1．2热平衡与温升功率之和的算法提升温度消耗的热能与比热有关，比热的物理概念是将物体温度提高1℃所消耗的热能，不同材料比热不一样。因此，提高方舱温升的计算应考虑舱内所有设备和方舱部分材料的比热以及舱内空气比热，分别计算温升消耗的热量，求其和，再除以限定的时间，得到提高温升所需的功率。但如此计算过于复杂，通常设方舱内材料的平均比热为C，在限定时间t内将质量为m的方舱设备的温差提高T度所需要的功率为这样计算即考虑了热平衡又考虑了方舱温升，基本可以满足一般设计要求，是目前常用的第2种算法。但是如果进行仔细分析，这种算法还是不准确。例如，当温度升高到指定工作温度时，热量的传导损失依然存在，需要补充与Q1相等的热量以保持方舱的热平衡。但使舱体和设备继续升温的热能不再需要，也不能再有了，否则温度将会继续升高。由此可见，按式(2)计算所得的功率会大于实际所需的功率。

2热学微分方程及其解

如果要更准确地计算方舱加热设备的功率，需要将方舱的热学变化过程看成是一个动态的过程。初始时，舱内与舱外温差为零，热传导损失为零，在这一瞬间，加热设备的热功率全部消耗在升温上;在加热初期，温差较小，热传导消耗亦小，加热设备的热能小部分消耗在热平衡上，大部分消耗在升温上，所以此时方舱温升比较快;在加热后期，温差比较大时，热传导损耗变大，大部分热能消耗在热平衡上，少量热能贡献了温升，这时温升较慢，而且越来越慢;当达到指定温度时，温差达到最大值，全部热能用于热平衡，舱内温度不再升高。经验表明:舱内温度T与时间t的关系是一条前陡后缓的渐近线，如图1所示。为了更清楚地了解方舱热学变化过程和准确地计算方舱加热设备的功率，需建立方舱热学微分方程并求解。设温差变量为T，时间变量为t，初始温度即舱外温度为零点，舱内热能功率为Q，热能功率Q减去温差热损耗后的剩余热量使舱内温度升高，则据此建立以下微分方程:以解释为当允许方舱加热时间很长时，加热设备的功率近似为热传导损失的热平衡功率。当加热时间和舱内温度升高值确定时，则可按照式(14)计算加热设备的功率，可见所需功率Q值将大于热平衡所需功率。

3结束语

通过建立微分方程并导出式(13)和式(14)，进一步明确了方舱温度调节的动态过程和热能分配，可以用于电子设备方舱的热学计算。以上推导过程，虽然是以舱内升温过程为例进行推导的，但其结果同样适用于舱内使用制冷设备的降温过程。

作者：毛勤俭姬永清吉芸单位：中国电子科技集团公司第二十八研究所