Методы отвода тепла.

Наиболее распространены следующие методы:

1.Естественное охлаждение,

2.Принудительное воздушное охлаждение,

3.Принудительное жидкостное охлаждение,

4.Термоэлектрическое охлаждение

Существуют три основных режима движения газа : ламинарный, турбулентный и переходный режим от ламинарного к турбулентному. Ламинарный и турбулентный режимы характеризуются числом Рейнольдса :

;

- скорость движущейся среды; - размер тела; - коэффициент кинематической вязкости; - коэффициент динамической вязкости; - плотность движущейся среды.

Критерий Рейнольдса характеризует отношение сил инерции и сил вязкости. Величина представляет характер движения: при < 2300 движение ламинарное; при >10⁴ – турбулентное; при 2300 < <10⁴ – режим движения переходный от ламинарного к турбулентному.

Коэффициент теплоотдачи при принудительном воздушном охлаждении определяется следующим выражением : ,

- теплопроводность охлаждающей среды,

- длина теплоотвода.

Термоэлектрическое охлаждение.

Явление термоэлектрического охлаждения основывается на эффект Пельтье, который описывается уравнением :

коэффициент Пельтье.

Этот эффект заключается в выделении тепла, дополнительного джоулеву, при протекании постоянного тока по цепи, состоящей из проводников с различными коэффициентами термо ЭДС.

Модель такого проводника :

Аналогичный процесс происходит в цепи, состоящей из полупроводников с различными типами проводимости. Модель такого соединения :

Между термоэлектродвижущей силой и коэффициентом Пельтье существует соотношение . Если при этом тепло поступающий из окружающей среды , то максимальный перепад температур термобатарей

,

где эффективность (добротность). Для практических расчетов

, где - коэффициент теплопроводности термоэлемента; - электропроводность.

=Q/W.

Тепловое сопротивление.

На рис. представлена тепловая модель транзистора установленного на радиаторе.

Здесь - температуры перехода среды ; Р – мощность выделяемая в приборе; - соответственно тепловые сопротивления переход-корпус, корпус-среда, корпус-радиатор и радиатор-среда.

Транзисторы, работающие без теплоотводов, характеризуются тепловым сопротивлением между областью электронно-дырочного перехода в кристалле полупроводника и окружающей средой . Это тепловое сопротивление зависит от конструкции транзистора и может быть вычислено по формуле :

.

При наличии радиатора тепловое сопротивление между корпусом и окружающей средой равно

.

Тепловое сопротивление корпус-радиатор зависит от качества теплового контакта между транзистором и радиатором.

При использовании между корпусом полупроводникового прибора и радиатором изолирующей прокладки следует учитывать ее влияние на тепловое сопротивление .

Тепловое сопротивление радиатор – окружающая среда зависит главным образом от величины радиатора и качества обработки его поверхности.

Тепловые сопротивления между поверхностью корпуса или радиатора и окружающей средой определяется из следующих уравнений :

,

где - полная поверхность прибора, м² ; - поверхность радиатора, м²; - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м^{2 0}С). Зависимость температуры перехода полупроводникового прибора при заданных рассеиваемой мощности и температуре окружающей среды от тепловых сопротивлений определяется по формуле :

.