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=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
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.
«