Расчет ребристого радиатора

Реферат

Тема:

"Расчет ребристого радиатора"

2009

Расчёт ребристого радиатора при естественном воздушном охлаждении для транзистора 2Т808А заданной мощности 15 Вт

1.  Задаем исходными данными:

а) мощность транзистора, Р, 15 Вт;

б) температура окружающей среды, Тс, 30 °С;

в) максимально допустимая температура перехода, Тп, 150°С

г) тепловое контактное сопротивление между переходом и корпусом, Rпк, 2°С / Вт;

д) тепловое контактное сопротивление корпус – теплоотвод Rкр, 0.5С / Вт;

2.  Необходимо сопоставить максимальную мощность рассеяния транзистора при допустимой температуре р-п перехода Тп, температуре среды Тс и тепловом контактном сопротивлении Rпк с заданной мощностью транзистора

Рмах=(Тп-Тс)/Rпк (1)

 

Рмах=(150–30)/2=60 Вт

Если заданная мощность Р превышает Рмах, то данный транзистор на заданную мощность применять нельзя.

3.  Рассчитываем тепловое сопротивление радиатора Rр исх, °С/Bт;

Rр исх=q · [(Тп-Тс) – P (Rпк+Rкр)]/Р, (2)

 

Rр исх=0,96 · [(150–30) – 15 (2+0,5)]/15=6.72°С/Bт

где q – коэффициент, учитывающий неравномерное распределение температуры по теплоотводу (q=0,96);

Rкр – тепловое контактное сопротивление между корпусом и радиатором.

4.  Определяем средняю поверхностную температуру радиатора Тр, °С:

Тр=Р ·Rр+Тс (3)

 

Тр=15 ·7,84+30=147,6°С

5.  При Rр<5 Lmin выбирается по графику 1 (рис. 5.6. «Конструирование»), иначе Lmin=0.05 м.

6.  Задаём

а) толщина ребра d=0.002 м;

б) толщина плиты теплоотвода δ=0.004 м;

в) расстояние между рёбрами b=0.008 м;

г) высота ребра h=0.02 м;

д) протяжённость ребра L=0.05 м.

7.  Определяем число рёбер, n, шт.:

n=(L+b)/(b+d) (4)

 

n=(0,05+0,008)/(0,008+0,002)=6 шт.

Рекомендуется выбирать на одно ребро больше расчётного.

8)  Определяем длина плиты радиатора, l, м;

l=b · (n‑1)+2*d (5)

 

l=0,008· (6–1)+2·0,002=0,044 м

9)  Определяем площадь гладкой (неоребренной) поверхности радиатора, Sгл, м²;

Sгл=L ·l (6)

 

Sгл=0,05·0,044=0,0022м²

10) Определяем площадь оребренной поверхности одностороннего оребренного радиатора при креплении ППП с гладкой стороны, Sор₁, м²;

Sор₁=S₁+S₂+S₃, (7)

где S₁=(n‑1) ·L ·b; (8)

S₂=(δ+2 ·h) ·L ·n+2 ·l ·δ; (9)

S₃=2 ·n ·δ ·h. (10)

S₁=(6–1)· 0,05·0,008=0,002

S₂=(0,004+2·0,02) ·0,1·6+2·0,044·0,004=0.027

S₃=2 ·6 ·0,004 ·0,02=0,00096

Sор₁=0,002+0,027+0,00096=0,0299м²

11) Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией для гладкой поверхности радиатора, aк.гл, Вт/м²*град;

aк.гл=А1· [(Тр-Тс)/2]^1/4, (11)

 

aк.гл=3,107 Вт/м² · град;

где А1 определяется по формуле:

А1=1,424767–0,00251 ·Тм+0,000011 · (Тм)²-0,0000000013 · (Тм)³ (12)

 

A1=1,122107

 

Тм=0,5 (Тр+Тс). (13)

Тм=88,8

12) Определяем коэффициент теплоотдачи излучения для гладкой поверхности радиатора, aл.гл, Вт/м²*град;

aл.гл=ε ·φ ·₣(Тр, Тс), (14)

 

aл.гл=4,198

где ε – степень черноты тела (для Д‑16 ε=0,4);

φ – коэффициент облучённости (для гладкой поверхности φ=1);

₣(Тр, Тс) – рассчитывается по формуле:

 

₣(Тр, Тс)=5,67 ·10^-8 · [(Тр+267)⁴ – (Тс+267)⁴]/(Тр-Тс) (15)

 

₣(Тр, Тс)=10,495

13) Определяем эффективный коэффициент теплоотдачи гладкой поверхности радиатора, aгл, Вт/м²*град;

aгл=aк.гл+aл.гл (16)

 

aгл=3,107+4,198=7,307

14) Определяем мощность, рассеиваемая гладкой поверхностью радиатора, Ргл, Вт;

Ргл=aгл·Sгл· (Тр-Тс) (17)

 

Ргл=7,307·0.0082·117,6=7,045

15) Определяем тепловое сопротивление гладкой поверхности радиатора, Rгл, град / Вт;

Rгл=1/(aгл·Sгл) (18)

Rгл=1/(7,307 ·0,0082)=16,68

16) Определяем коэффициенты для нахождения относительного температурного напора;

А2=0,18372152–0,00163976·Тм – 0,0000602· (Тм)²-0,00000001· (Тм)³, (19)

А2=0,035

 

К=(Тр-Тс)^1/4, (20)

K=3,07

 

М=L^1/4, (21)

M=0,562

 

С=К/М, (22)

C=3,07/0,562=5,463

 

h=А2·С·b. (23)

h=0,035·5,463·0,002=0,000382

17) Определяем относительный температурный напор Н:

Н=f(h) – определяется по графику (рис. 5.10. «Конструирование») H=0.1

18) Определяем температуру окружающей среды между рёбрами, Тс1, °С;

Тс1=(Тр+Тс)/2 (24)

 

Тс1=(147,6+30)/2=88,8

19) Определяем коэффициенты для нахождения конвективного коэффициента теплоотдачи оребрённой поверхности радиатора:

Тм1=(Тр+Тс)/2; (25)

 

Тм1=(147,6+30)/2=88,8

 

А11=1,424767–0,00251*Тм1+0,000011*(Тм1)² - 0,0000000013*(Тм1)³; (26)

 

А11=1,114

 

К1=(Тр-Тс1)^1/4; (27)

К1=(147,6–88,8)^1/4=2,769

 

С1=К1/М; (28)

С1=2,762/0,562=3,625

20) Определяем конвективный коэффициент теплоотдачи для оребрённой поверхности радиатора, aк.ор, Вт/м²*град;

aк.ор=А11·С1 (29)

 

aк.ор=1,114·3,625=4,038

21) Определяем коэффициент теплоотдачи излучением для оребрённой поверхности радиатора, aл.ор, Вт/м²*град;

aл.ор=ε·φ·₣(Тр, Тс1), (30)

 

aл.ор=0,4·13,038 ·0,166=0,86

где ε – степень черноты тела (для Д‑16 ε=0,4);

φ=b/(2·h+b); (31)

 

φ=0,008/(2 ·0,02+0,008)=0,166

₣(Тр, Тс1) – рассчитывается по формуле:

₣(Тр, Тс1)=5,67·10^-8· [(Тр+267)⁴ – (Тс1+267)⁴]/(Тр-Тс1) (32)

22) Определяем мощность, рассеиваемая оребрённой поверхностью радиатора, Рор, Вт;

Рор=Sор· (aк.ор+aл.ор) · (Тр-Тс1) (33)

 

Рор=0,127 (4,038+0,86) ·(147,6–88,8)=8,403

23) Определяем тепловое сопротивление оребрённой поверхности радиатора, Rор, град / Вт;

Rор=(Тр-Тс1)/Рор (34)

 

Rор=(147,6–88,8)/8,403=6,998

24) Определяем общее расчётное тепловое сопротивление радиатора, Rрасч, град / Вт;

Rрасч=(Rгл·Rор)/(Rгл+Rор) (35)

 

Rрасч=(16,68 ·6,998)/(16,68+6,998)=4,93

25) Определяем мощность, рассеиваемая радиатором, Рр, Вт;

Рр=Ргл+Рор (36)

 

Рр=7,045+8,403=15,448

26)  Выполняем проверку правильности расчёта. Должны соблюдаться условия:

Rрасч<=Rисх (37)

4,93<=6,72

Рр>=Р (38)

15,448>15

все условия выполняются – расчет проведен верно.