5 Тепловой расчет

Выполним расчет тепловой характеристики блока при естественной конвекции.

Исходные данные:

L₁ = 65 мм = 0,065 м – длина корпуса;

L₂ = 50 мм = 0,05 м – ширина корпуса;

L₃ = 36 мм=0,036 м – высота корпуса;

L₄= 2,5 мм = 0,0025 м – толщина стенок корпуса;

h₁ = 14 мм = 0,014 м – расстояние от верхней стенки корпуса до нагретой зоны;

h₂ = 10 мм= 0,01 м – от нижней стенки;

h₃ = 8 мм = 0,008 м – высота нагретой зоны;

Температура окружающей среды t_с = 20 ^оС.

1. Предварительно рассчитываем геометрические размеры расходомера:

Площадь крышки (дна) расходомера:

S_в = S_н =L_1*L₂ = 0,065*0,05=0,0032 м²

Площадь боковой поверхности зарядного устройства:

S_б = L_{3 *}2(L₁+L₂) = 0,036_*2(0,065+0,05) =0,00828 м²

Площадь поверхности нагретой зоны в области 1 и 2:

S₃₁= S₃₂ = ( L₁ -2L₄)_*( L₂ -2L₄)=0,0625-0,0475 = 0,0015 м²

Площадь поверхности внутренней части корпуса:

S_к1=2h_1*(L₁+L₂-4L₄)+( L₁ -2L₄)_*( L₂ -2L₄)= 0,0061 м²

S_к2 = 2h_2*(L₁+L₂ -4L₄)+( L₁ -2L₄)_*( L₂ -2L₄) = 0,0052 м²

Площадь поверхности внутренней части корпуса в области 2:

S₃₂ = h_2* 2_* ( L₁ -2L₄ +L₂ -2L₄)= 0,0215 м²

2.Используя формулу для ориентировочного определения тепловой проводимости участка от нагретой зоны к корпусу, определяем σ¹₃ в первом приближении:

σ¹₃ = 23_* (L₁ -2L₄) _* ( L₂ -2L₄) =1,485 Вт/К

3.Задаемся перегревом корпуса ν = 5 ^оС; при этом температура корпуса будет t_к = 25^оС. Определяющая температура t_m =( t_к + t_с)/2 = 22,5^оС

4. Находим конвективные коэффициенты теплоотдачи верхней ( α_к.в); нижней ( α_к.н) и боковой ( α_к.б) поверхности корпуса. Определяющий размер для верхней и нижней стенок корпуса L₂ = 0,05 м. Необходимое для вычислений значений А₁ находим из данных для воздуха:

Для t_m =22,5^оС, А₁ = 1,37 Вт/(м^7/4К^5/4);

при этом:

α_к.в = 1,3_* А₁( t_к- t_c /L₂)^0.25 = 5.63 Вт/(м²К)

α_к.н = 0,7* А₁ ( t_к- t_c /L₂)^0.25 = 3.03 Вт/(м²К)

Определяющий размер для боковых поверхностей L₃ = 0,038 м; при этом:

α_к.б = А₁( _tк- _tc /_L3^)0.25 = 4.704 Вт/(м²К)

4. Рассчитываем коэффициент лучеиспускания корпуса. Найдем значение функции температуры:

Вт/(м²К)

4. Найдем полные коэффициенты теплоотдачи с поверхностей корпуса:

α_л = 0,92*5.85= 5.328Вт/(м²К)

α_в = α_к.в+ α_л = 5,63+5,382=11,012 Вт/(м²К)

α_н = α_к.н+ α_л = 3,03+5,382 = 8,412 Вт/(м²К)

α_б = α_к.б+ α_л = 4,704+5.382 = 10,086Вт/(м²К)

6. Находим тепловую проводимость корпуса:

σ_к = α_{в *}S_в+ α_н* S_н+ α_б* S_б = 11,012 _*0,0032+8,412 _*0,0032+10,086_*0,00828 = = 0,146 Вт/К

6. Определяем температуру нагретой зоны:

t¹₃ = t_с +(t_к - t_с) _* ( 1+ ) = 25,5 ^оС

7. Находим мощность, рассеиваемую в корпусе:

Р = σ_к(t_к - t_с) = 0,146_* (25-20) = 0,73 Вт

8. Задаемся перегревом корпуса ν = 10 ^оС; при этом температура корпуса будет t_к = 30^оС. Определяющая температура t_m =( t_к + t_с)/2 = 25^оС

9. Находим конвективные коэффициенты теплоотдачи верхней ( α_к.в); нижней ( α_к.н) и боковой ( α_к.б) поверхности корпуса. Определяющий размер для верхней и нижней стенок корпуса L₂ = 0,05 м. Необходимое для вычислений значений А₁ находим из данных для воздуха:

для t_m =25^оС

А₁ = 1,37 Вт/(м^7/4К^5/4), при этом:

α_к.в = 1,3_* А₁( t_к- t_c /L₂)^0.25=17,8 Вт/(м²К)

α_к.н = 0,7* А₁( t_к- t_c /L₂)^0.25=9,59 Вт/(м²К)

Определяющий размер для боковых поверхностей L₃ = 0,038 м; при этом:

α_к.б = А₁( _tк- _tc /_L3^)0.25 = 2.53 Вт/(м²К)

10. . Рассчитываем коэффициент лучеиспускания корпуса. Найдем значение функции температуры:

Вт/(м²К)

Найдем полные коэффициенты теплоотдачи с поверхностей корпуса:

α_л = 0,92+6,01 = 6.93 Вт/(м²К)

α_в = α_к.в+ α_л = 17,8+6.93 = 24,73 Вт/(м²К)

α_н = α_к.н+ α_л = 9,59 +6.93 = 16,52 Вт/(м²К)

α_б = α_к.б+ α_л = 2,53+6.93 = 9,46 Вт/(м²К)

11. Находим тепловую проводимость корпуса:

σ_к = α_{в *}S_в+ α_н* S_н+ α_б* S_б = 24,73_*0,0032+16,52_*0,0032+9,46_*0,00828 = = 0,208 Вт/К

12. Определяем температуру нагретой зоны:

t¹₃ = t_с +(t_к - t_с) _* ( 1+ ) = 28,6 ^оС

13. Находим мощность, рассеиваемую в корпусе:

Р = σ_к(t_к - t_с) = 0,208_* (30-20) = 2,08 Вт

Произведя расчеты зарядного устройства для мобильного телефона на теплоустойчивость при условии отсутствия вентиляционных отверстий, приходим к выводу, что конструкция зарядного устройства позволяет не применять никаких дополнительных средств отвода тепла. И электрорадиоэлементы, входящие в схему, будут работать в допустимом температурном диапазоне.

ВЫВОД

В результате проведения расчетов, разработано удобное в эксплуатации устройство для зарядки аккумулятора мобильного телефона. В процессе разработки был произведен расчет на статическую и динамическую прочность навесных элементов и самой печатной платы. Разработанный прибор достаточно прост по конструктивному устройству, надежен, безопасен и обладает невысокой себестоимостью.

После расчета зарядного устройства, а именно расчета выводов на динамическую и статическую прочность выводов навесного элемента, расчет на прочность печатной платы, тепловой расчет корпуса и платы, пришли к выводу что устройство выполняет следующее:

- устойчивость параметров аппаратуры и сохранность ее при воздействии влаги, температуры,

- надежность работы элементов несущей конструкции, надежность крепления блоков, узлов, электрорадиоэлементов,

- внешний вид конструкции, учитывающий правила технической эстетики, простоту и строгость формы,

- возможность быстрого осмотра и ремонта прибора.

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Конструирование печатных узлов: Учеб. Пособие/ А.А. Сухобрус, В.А.Ткаченко. - Харьков: Харьк. авиац. ин-т, 1990. – 105 с.

2. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам/ Под общ. Ред. Н. Н. Горюнова. 4-е изд., перераб. и доп. М., 1977.

3. Гелль П. П., Иванов - Есипович Н. К. Конструирование и миниатюризация радиоэлектронной аппаратуры : Учебник для вузов. Л.,1984.

4. Терещук Р. М., Терещук К. М. , Седов С. А. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства. Справочник радиолюбителя. Киев “Наукова думка”,1981.

5. Конспект лекций.