Материал: Устройства автоматики и информатики. курсовое проектирование. Кисурин А.А., Бурковский В.Л

в) интенсивному ламинарному и локонообразному потоку (плоские цилиндрические кожухи средних размеров, плоские ребрарадиаторов и т.п.) - теплообмен по закону степени 1/4:

г ) турбулентному движению (блоки больших размеров) - теплообмен по закону степени 1/3:

где t _m - средняя температура.

t _m = t_K + t_c , ºС

L - определяющий размер; для вертикально ориентиро-ной поверхности определяющим размером является высота, для горизонтальной поверхности - наименьшая сторона (диаметр), м;

N - коэффициент, определяющий ориентацию плоской нагретой поверхности:

вертикально ориентированная - N = 1;

горизонтально ориентированная с нагретой стороной, обра-щенное вверх - N = 1,3 ; обращенной вниз - N =0,7. Значения A1; A2; A3 для воздуха выбираются из табл. 14.

Таблица 14

Расчет тепловой характеристики кожуха сводится к следующему:

а) задается температура кожуха tK ;

б) вычисляют значения коэффициентов теплоотдачи αк и αл тепловую проводимость Gк ;

в) находят значение Р = Gк (tK - tc) - это есть первая точка характеристики Р = f (∆t );

г) задаются вторым значением t'H

д) повторяют расчет пунктов б) и в), находят вторую точку

характеристики;

е) строят характеристику Р = f ( ∆t ) по трем точкам;третья точка начало координат;

ж) по известной мощности рассеивания Р по характеристикеP = f ( ∆t ) определяется температура кожуха tк.

Определение температуры нагретой зоны в замкнутом пространстве

Тепловая характеристика нагретой зовы: t3 – tc = f ( p). Учитывается теплоотдача за счет конвекции и кондукции. Определяется температура нагретой зоны t3 , температуракожуха tк и связь между ними:

tк = tc + p .1

Gк

t3 = tc + p (1 +1) t3 - tc = (tк - tc)(1 + Gк),

Gз Gк Gз

где Gз - тепловая проводимость от нагретой зоны к кожуху, Вт/град;

Gк - тепловая проводимость между кожухом и средой, Вт/град;

Gз = ∑ (Ki + αлi ) Sзi.

Коэффициент лучеиспускания определяется по формуле

αлi = εnif1 ( t3, tк ); Sзi = l1l2 ; Ski = 2hi(L1 + L2 – 4L4) + (L1 – 2L4)(L5 – 2L4)

ε_ni =

S_зi , S_ki - площади поверхностей условно нагретой зоны и внутренней части кожуха в i - й области;

ε_3i , ε_ki – степень черноты реальной нагретой зоны и внутренних поверхностейкожуха в i - й области.

Приведенная степень черноты в четвертой зоне (рис.2) определяется извыражения ε_n4 = ε_з4 ∙ ε_к4,

где ε_з4 - степень черноты боковой поверхности реальной нагретой зоны;

ε_к4 - степень черноты внутренней боковой поверхности кожуха в районе нагретой зоны;

Кi – коэффициент теплоотдачи.

Для блоков с горизонтальным расположением шасси,

где l = √( l1 l2) ; А5 выбирается по табл.14; N = 1,3; f2(hi/l) выбирается по графику (рис.3).

Рис. 3. Значение функции f(hi/l), где λb2 – коэффициент теплопроводности в зоне 2; λb = 0,04кДж. К4 =К1

Для блоков с вертикальным расположением шасси

K₄ = K₁ + K₂

Расчет тепловой характеристики

производится в следующей последовательности:

а) при расчете в первом приближении можно использовать выражение для ориентировочного определения тепловой проводимости от нагретой зоны к кожуху

G₃ = 23 (L₁ – 2L₄)(L₅ – 2L₄);

б) при расчете во втором приближении задаются температурой нагретой зоны, полученной в результате расчета в первом приближении (t3);

в) определяют более точно все тепловые проводимости Gз;

г) находят температуру зоны во втором приближении (tз’’);

д) если разница между tз” и tз’ составляет более 10%, проводят расчет в третьем приближении; при этом температура нагретой зоны принимается равной средней температуре между tз” и tз’

е) из выражения Р = Gз(tк - tз ) находят Р1 ;

ж) задаются другим значением tк и находят tз2 ; нахо-

дят Р2;

и) строят характеристику (tк - tз ) = f(P);

ж) при заданной мощности Р по характеристике находят температуру перегрева зовы ∆tз ; если ∆tз больше допустимой, то изменяется система охлаждения.

Таблица 15

Степень черноты рабочих поверхностей

3.2.3. Расчет теплоотвода

Теплоотводы условно можно разделить на три группы: пластина, оребренный с одной стороны, оребренный с двух сторон. При расчете составляется эквивалентная схема.

Упрощенная эквивалентная схема имеет вид:

RKT

где Т_pn – температура перхода, ºС;

Т_к - температура корпусов, ºС;

Т_с - температура среды, ºС;

R_nk – тепловое сопротивление переход-корпус;

R_КТ - тепловое сопротивление корпус-теплоотвод;

R_ТС - тепловое сопротивление теплоотвод-среда.

Задачей расчета теплоотаода является определение таких конструктивных форм и размеров его, при которых получается лучшая теплоотдача в окружающую среду.

Теплоотвод применяется не для увеличения мощности рассеивания на полупроводниках сверх установленной по ТУ, а для максимального снижения рабочей температуры переходов при заданной мощности и повышения надежности.

Исходные данные для расчета:

а) мощность, рассеиваемая транзистором Ррасс (выбирается по ТУ на транзистор или по схеме принципиальной);

б) температура окружающей среды Т_с (задана в техническом задании на проектирование);

в) максимально допустимая температура коллекторного перехода транзистора Т_pn (выбирается по ТУ на транзистор, напри-мер, для германиевых транзисторов:

Т_pn = 85 ºС при Тс = -60 ÷ 70 ºС,

для кремниевых транзисторов:

Т_pn = 130 ÷ 150 ºС при Тс = -60 ÷ 120 ºС);

г) тепловое сопротивление между переходом и корпусом

R_пк ºС/Вт (выбирается по ту на транзистор) (табл.16);

д) тепловое контактное сопротивление между корпусом и теплоотводом R_КТ определяется экспериментальным путем и лежит в пределах 0,1 – 1,0 ºС/Вт.

Р а с ч е т :

а) определение максимальной мощности, которую может рас-сеять транзистор с теплоотводом, P_max :

Pmax = Tp –Tc Вт .

Rпк

Если заданная мощность P превышает Pmax , то данный транзистор на заданную мощность применять нельзя;

б) определение теплового сопротивления теплоотвода по исходным данным:

Рисх.дан. = q (T_РП - Т_с) – Р(R_ПК + R_КТ) ºС/Вт ,

Р

где q - коэффициент, учитывающий неравномерный xapaктер распределения температуры по теплоотводу; q ≈ 0,9 ;

в) определение среднеповерхностной температуры перегрева теплоотвод – среда:

Т_Т - Т_С = Р R_ТС ,

где RТС = Rисх. дан. – тепловое сопротивление теплоотвода, определенное по исходным данным;

г) определение площади теплоотвода ; предварительно ориентировочно задаются основными геометрическими размерами теплоотвода (рис.4).