Тепловой расчет аппарата с перфорированным корпусом

Создание радиоэлектронных аппаратов, расчет теплового режима. Выбор конструкции и расчет параметров радиатора. Коэффициент теплоотдачи радиатора. Расчет теплового режима блока. Выбор системы охлаждения. Зависимость перегрева корпуса от удельной мощности.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Содержание

Введение

1. Анализ технического задания

2. Выбор системы охлаждения

3. Расчет теплового режима блока

4. Выбор конструкции и расчет параметров радиатора

4.1 Эффективный коэффициент теплоотдачи радиатора

4.2 Выбор радиатора

4.3 Расчет параметров радиатора

Заключение

Список литературы

Введение

Большинство радиотехнических устройств, потребляя от источников питания мощность, измеряемую десятками, а иногда и сотнями ватт, отдают полезной нагрузке от десятых долей до единиц ватт. Остальная электрическая энергия, подводимая к аппарату, превращаясь в тепловую, выделяется внутри аппарата. Температура нагрева аппарата оказывается выше температуры окружающей среды, в результате чего происходит процесс отдачи теплоты в окружающее пространство. Этот процесс идет тем интенсивнее, чем больше разность температур аппарата и окружающей среды. Специалисты в области создания новых радиоэлектронных аппаратов знают, что расчеты теплового режима аппаратов столь же необходимы, как и расчеты, связанные с функциональным назначением их. Интуитивные методы проектирования РЭС и в частности реализация нормального теплового режима складывались годами. Такой подход в настоящее время оказывается не в состоянии обеспечить выбор в исключительно сжатые сроки безошибочных, близких к оптимальным решений. Известно, что надежность элементов радиоэлектронной аппаратуры сильно зависит от температуры окружающей среды. Для каждого типа элемента в технических условиях указывается предельная температура, при превышении которой элемент нельзя эксплуатировать. Поэтому одна из важнейших задач конструктора радиоэлектронной аппаратуры состоит в том, чтобы обеспечить правильные тепловые режимы для каждого элемента. Целью данной курсовой работы является получение навыков теплового расчета на примере аппарата с перфорированным корпусом.

1. Анализ технического задания

Исходя из данных, указанных в техническом задании, можно сказать, что мощность, выделяющаяся в блоке, составляет 34 Вт. Рассеиваемая мощность оказывает влияние на выбор способа охлаждения.

Температура окружающей среды (Тс), равная 323 К, является средней и будет незначительно влиять на тепловой режим блока.

Давление окружающей среды и нагретой зоны, отличное от нормального, оказывает влияние на перегрев корпуса. В соответствии с техническим заданием, давление окружающей среды Н1 равно 0,05 МПа, что не является нормальным атмосферным давлением. Исходя из этого коэффициент, учитывающий давление воздуха, Кн1 = 1,2 (рисунок 1.1).

Размещено на

Размещено на

Рисунок 1.1 - Зависимость от давления окружающей среды: а) ; б) .

Коэффициент заполнения Кз влияет на величину воздушного зазора. В соответствии с техническим заданием величина коэффициента заполнения Кз= 0,31.

Мощности, рассеиваемые элементами:

- первый транзистор КТ605 - 1.2 Вт;

- второй транзистор КТ605 - 1.3 Вт;

- третий транзистор КТ605 - 1.8 Вт.

Анализируя эти данные, можно сделать вывод, что мощности, выделяемые на транзисторах не являются высокими и не достигают номинальной мощности транзисторов, которая равна 10 Вт. Уже на этой стадии можно сделать вывод о том, что транзисторы будут работать в нормальном тепловом режиме и дополнительное охлаждение не требуется. Но так, как по условию технического задания нужно рассчитать радиатор для наиболее теплонагруженных элементов, то расчет проведем для транзистора, на котором выделяется наибольшая мощность.

Транзистор КТ605 имеет прямоугольную форму с площадью основания 85,8 мм2 (рисунок 1.2). Для него критической температурой p-n перехода является 125 °С, а критической температурой корпуса 100 °С .

Рисунок 1.2 - Транзистор КТ-605

Проанализировав исходные данные можно сделать вывод, что их достаточно для теплового расчета блока.

2. Выбор системы охлаждения

Способ охлаждения во многом определяет конструкцию радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), поэтому даже на ранней стадии проектирования, то есть на стадии технического предложения или эскизного проекта, необходимо выбрать систему охлаждения РЭА. Для предварительной оценки и выбора способа охлаждения, необходимо определить два основных показателя /1, стр.119/.

Первый показатель - перегрев относительно окружающей среды Tc корпуса наименее теплостойкого элемента, для которого допустимая температура имеет минимальное значение. Этот показатель определяется по формуле

хс = Ti min - Tc (2.1)

где Ti min - допустимая температура корпуса наименее теплостойкого элемента;

Тс - температура окружающей среды (задана в техническом задании).

Так как все элементы по условию технического задания одинаковы, но на них выделяются разные мощности, то наиболее большое тепловыделение будет у третьего транзистора. Для этих элементов минимальное значение допустимой температуры равно T min = 373 К.

Подставляя значение Тс = 323 К и выбранное минимальное значение допустимой температуры T min = 373 К в формулу (2.1), получим

хс = 373 - 323 = 50 К

Второй показатель q равен плотности теплового потока, проходящего через условную площадь поверхности Ап теплообмена

q = Фkн1/Ап (2.2)

где Ф - суммарная мощность, рассеиваемая в блоке;

kн1 - коэффициент, учитывающий давление воздуха;

Ап - условная площадь поверхности теплообмена.

Условная площадь поверхности теплообмена Ап определяется по следующей формуле

Ап = 2 [L1 L2 + (L1 + L2)L3 Кз] (2.3)

где L1, L2, L3 - горизонтальные и вертикальные размеры блока, указанные в техническом задании, в метрах;

Кз - коэффициент заполнения.

В данном случае имеем значения: L1 = 0,34 м, L2 = 0,17 м, L3 = 0,1 м, Кз = 0,31.

Подставляя эти значения в формулу (2.3), получим

Ап = 2Ч[0,34Ч0,17 + (0,34 + 0,17)Ч0,1Ч0,31] = 0,15 м2

Зная, что мощность составляет Ф = 34 Вт, kн1 = 1,2 при Н1= 0,05 МПа и Ап = 0.15 м2, по формуле (2.2) рассчитаем второй показатель и получим

q = 34Ч1,2 / 0,15 = 272 Вт/м2

lg q = 2,4 (2.4)

Полученные в результате расчетов показатели хс = 50 К и lg q = 2,4, являются координатами точки.



Рисунок 2 - Области целесообразного применения различных способов охлаждения.

Где 1 - свободное воздушное; 2 - свободное и принудительное воздушное; 3 - принудительное воздушное; 4 - принудительное воздушное и жидкостное; 5 - принудительное испарительное; 6 - принудительное жидкостное и свободное испарительное; 7 - принудительное жидкостное, свободное и принудительное испарительное; 8 - свободное принудительное и свободное испарительное; 9 - свободное и принудительное испарительное.

Из рисунка 2 получим, что данная точка попадает на границу области 1 и 2. Таким образом, возможно применение как свободного, так и принудительного охлаждения. Остановимся на выборе свободного воздушного охлаждения.



Рисунок 3 - Вероятностные кривые для РЭА в перфорированном корпусе при свободном воздушном охлаждении

Из рисунка 3 находим вероятность нормального охлаждения, для выбранного способа охлаждения. Из графика находим что вероятность р=0,8. Следовательно, подобный способ охлаждения может быть выбран, но следует уделить внимание анализу теплового режима в дальнейшем.

3. Расчет теплового режима блока

Так, как для РЭА выбран перфорированный корпус с расположением перфорации на задней части крышки корпуса, то все расчеты произведем для этого типа.

Исходные данные для расчета: Р = 34 Вт, Рэл1 = 1,2 Вт, Рэл2 = 1,3 Вт,

Рэл3 = 1,8 Вт, l1 = 0,34 м, l2 = 0,17 м, l3 = 0,1 м, Sэл1 = Sэл2 = Sэл3 = 85,8Ч10-3 м2,

Кз = 0,31, Тс = 323 К, Н1 = Н2 = 0,05 МПа, n = 100, d = 6Ч10-3 м.

1) Определяем поверхность корпуса блока по формуле (3.1)

(3.1)

2) Определяем условную поверхность нагретой зоны (3.2)

(3.2)

3) Определяем удельную мощность корпуса блока (3.3)

радиатор теплоотдача перегрев мощность

(3.3)

4) Определяем удельную мощность нагретой зоны (3.4)

(3.4)



5) Находятся коэффициенты и в зависимости от удельной мощности корпуса блока и удельной мощности нагретой зоны (рисунок 3.1 и 3.2)

Размещено на

Размещено на

Рисунок 3.1 - Зависимость перегрева корпуса от удельной мощности

Размещено на

Размещено на

Рисунок 3.2 - Зависимость перегрева нагретой зоны от удельной мощности рассеивания

Из графиков находим, что .

6) Находятся коэффициенты и в зависимости от давления вне и внутри корпуса блока - , (рисунок 3.3 и 3.4)

Размещен...