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
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=L1/4, (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
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.