西电电子设备热控制技术16级作业二答案

ll西电电子设热控制技6级作业二答案作业答案1.放置在温度20℃的室内的水平管道直径为，表面温度240℃，压力为一个大气压。试求每米管道的自然对流热损失是多少？解：⑴定性温度t

t240fw℃2特征尺寸：管道外径d＝⑵由定性温度t查空气的物性参数Pr＝ν＝26.625×10m/s，λ＝W/(m·℃，

11/℃T273.15130⑶判断空气流动状态Gr

9.813(24020)403.15

3.186

6Gr

0.6852.182

∴流态为层流，＝0.53，n＝1/4。⑷Nu0.53Ra63.415hW/(d⑸由牛顿冷却公式hAwfwf∴每米管长的自然对流热损失0.075220l[W/m]2.直径为.5cm的垂直圆柱，其高度温度保持93℃，周围环境温度为30。试计算其自然对流热损失。解：⑴定性温度tm

tf2

932

℃特征尺寸：圆柱高H

＝⑵由定性温度t查空气的物性参数1/22西电电子设热控制技6级作业二答案Pr＝ν＝19.128×10，λ＝2.911×10W/(m·℃，

1111/KT273.1561.5334.65⑶判断空气流动状态Gr

gH

3

334.65

2.94410Gr

0.69610

∴流态为紊流，＝0.10，n＝1/3。⑷Nu0.11/30.1273.69h

d

[/(m2⑸圆柱的自然对流热损失fw

4.4[W]3.一个表面积50mm×50mm的电子器件竖直安装在印制电路板上。空气温度为25℃，该器件的散热量W。假设所有的热量均通过该器件的壳体耗散，计算壳体与周围环境间的热阻。解由于器件壳体的温度未知，无法计算特征温度。可先假设壳体温度t℃，w则：(1)定性温度tm

tf2

1252575℃2特征尺寸：器件竖直尺寸L

＝⑵由定性温度t查空气的物性参数mPr＝λ＝2.995×10W/(m·℃)，＝m/s

11K273.1575348.15m

⑶判断空气流动状态Gr

0.053(125

8.336

5Gr8.336

2/0.030940.03094西电电子设热控制技6级作业二答案∴流态为层流，＝0.59，n＝1/4。⑷NuRa2.995hL

[/(

(5)该器件壳体与周围环境间的热阻及壳体的温度为19.74

2

℃/W]t41.1[]waca注意到计算得到的壳体温度与假设的初始温度不同，因此以新壳温148.3℃做为初始条件重复上述计算，此时定性温度为：tm

tf2

148.3252

86.7℃(6)该定性温度下空气的物性参数为：Pr＝λ＝3.094×10W/(m·℃)，＝m/s

1KT273.1586.7m

RaGr

3

0.053

9流动为层流Ra1/410.21[W/(LL(7)该器件壳体与周围环境间的热阻及壳体的温度为

2

110.21

2

[/W]t39.2[]waca(8)重复(～步，可得39.7[℃，器件壳℃此时壳体温度与假设值42.6很接近，因此无需下次迭代计算。3/62fefe362fefe3西电电子设热控制技6级作业二答案4.原子能反应堆的棒束被纵向水流所冷却（如图）。已知元件外＝9mm，相邻元件的中心距，被冷却表面的平均热流密度W/m，冷却水的平均温度t＝

d200，平均速度＝8m/s。试求元件被冷却表面的平均换热系数及平均壁面温度。

解：⑴定性温度t℃f特征尺寸：

s题图取AU

当

/

量

直4.

径

3⑵由定性温度t查水的物性参数fPr＝0.93，ν＝0.158×10/s，λ＝66.3×10W/(m·℃)⑶判断水的流动状态80.158

7.59

10

∴流态为紊流。⑷Nu

f

Pr

0.023

5

0.4

1130.61被冷却表面的平均换热系数：Nu⑸由牛顿冷却公式wf

=4.997

[/(m

可得平均壁面温度f

/h200

1.764.997

℃5.平均温度＝300的热空气在矩形断面a×b＝0.4×0.8mf

2

、长l＝40m风道内流过（空气温度高于风道壁温度），流量G。试求空气对风道内壁的对流换热系数。解：⑴定性温度tf特征尺寸：取当量直de

4ab0.4U0.4⑵由定性温度t查空气的物性参数fPr＝ν＝48.33×10/s，λ＝4.6×10℃)，ρ＝0.615m⑶判断空气的流动状态4/3ftc3ftc西电电子设热控制技6级作业二答案GG4.8风道内空气的平均流速24.390.4Ref

ude48.33

2.67104∴流态为紊流。⑷Nu

f

Pr

0.023

5

故风道内壁的空气对流换热系数为：Nu

448.264.6

[W/(m6.电子元器件布置在20cm×的印制电路板上，总散热量为。这些热量通过板的底部传到空气中。空气流速为2m/s，温度℃。板子由两0.035mm厚的铜层（＝390W/(m·℃，夹在三0厚的环氧玻璃λ＝0.35W/(m·℃)）之间组成，如图所示。确定板子顶部和底部的温度。解：⑴定性温度t，特征尺寸取板长l=0.2mf⑵由定性温度t查空气的物性参数fPr＝ν＝15.53×10/s，λ＝W/(m·℃，ρ＝1.185m⑶判断空气的流动状态ul15.53

4

5∴流态为层流。⑷Nu

f

0.66

4

106.01故印制板底部与空气之间的对流换热系数为：2.63hl

=13.9W/(

(5)器件底面至空气的总热阻由印制板导热热R和印制板与空气间的对流换热热t阻R串联组成。c印制板导热热阻：20.0353