Расчет ребристого радиатора
СОДЕРЖАНИЕ: Методика и характеристика основных этапов расчёта ребристого радиатора при естественном воздушном охлаждении для транзистора 2Т808А заданной мощности 15 Вт. Определение необходимого напора внутри радиатора, температуры среды и коэффициента теплоотдачи.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)/ R пк (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;
R р исх= q · [(Тп-Тс) – P ( R пк+ R кр)]/Р, (2)
R р 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 ·R р+Тс (3)
Тр =15 ·7,84+30=147,6°С
5. При Rр5 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 =0.004 м;
в) расстояние между рёбрамиb =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 ;
S гл= L ·l (6)
S гл =0,05·0,044=0,0022м2
10) Определяем площадь оребренной поверхности одностороннего оребренного радиатора при креплении ППП с гладкой стороны, Sор1 , м2 ;
S ор 1 =S1 +S2 +S3 , (7)
гдеS1 =(n1) ·L ·b; (8)
S2 =(+2 ·h) ·L ·n+2 ·l · ; (9)
S3 =2 ·n · ·h . (10)
S 1 =(6–1)· 0,05·0,008=0,002
S 2 =(0,004+2·0,02) ·0,1·6+2·0,044·0,004=0.027
S 3 =2 ·6 ·0,004 ·0,02=0,00096
S ор1 =0,002+0,027+0,00096=0,0299м2
11) Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией для гладкой поверхности радиатора, aк.гл, Вт/м2 *град;
a к.гл=А1· [(Тр-Тс)/2]1/4 , (11)
a к.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)
A 1 =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;
a л.гл= · ·(Тр, Тс), (14)
a л.гл =4,198
где – степень черноты тела (для Д16 =0,4);
– коэффициент облучённости (для гладкой поверхности =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;
a гл= a к.гл+ a л.гл (16)
a гл =3,107+4,198=7,307
14) Определяем мощность, рассеиваемая гладкой поверхностью радиатора, Ргл, Вт;
Ргл= a гл· S гл· (Тр-Тс) (17)
Ргл =7,307·0.0082·117,6=7,045
15) Определяем тепловое сопротивление гладкой поверхности радиатора, Rгл, град / Вт;
R гл=1/( a гл· S гл) (18)
R гл =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;
a к.ор=А11·С1 (29)
a к.ор =1,114·3,625=4,038
21) Определяем коэффициент теплоотдачи излучением для оребрённой поверхности радиатора, aл.ор, Вт/м2 *град;
a л.ор=··(Тр, Тс1) , (30)
a л.ор =0,4·13,038 ·0,166=0,86
где – степень черноты тела (для Д16 =0,4);
= b /(2· h + b ) ; (31)
=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= S ор· ( a к.ор+ a л.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;
R ор=(Тр-Тс1)/Рор (34)
R ор =(147,6–88,8)/8,403=6,998
24) Определяем общее расчётное тепловое сопротивление радиатора, Rрасч, град / Вт;
R расч=( R гл· R ор)/( R гл+ R ор) (35)
R расч =(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:
R расч= R исх (37)
4,93=6,72
Рр=Р (38)
15,44815
все условия выполняются – расчет проведен верно.