5 ВЕКТОРНО–ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАДИАТОРА
ОХЛАЖДЕНИЯ С ЦЕЛЬ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ АВТОМОБИЛЯ
БОРТОВЫМ КОМПЬЮТЕРОМ
В современных автомобильных двигателях в полезную работу превращается лишь от 23% до 40% теплоты, выделяющейся в цилиндрах двигателя, остальная теплота уносится отработавшими газами, с охлаждающей жидкостью или воздухом и затрачивается на трение, рассеивание в окружающую среду внешними поверхностями двигателя.
Теплота, используемая на выполнение полезной работы, а также ее затраты на указанные виды потерь составляют тепловой баланс двигателя.
Так как сгорание в двигателе происходит при высоких температурах, достигающих 2100 – 23000С, то без принудительного охлаждения такие детали, как цилиндр, поршень и направляющие втулки клапанов, нагревались бы до температуры, значительно превышающей температуру воспламенения (вспышки) масла. Поэтому для поддержания нормального теплового режима работы узлов и механизмов необходимо непрерывно отводить теплоту от взаимодействующих деталей, не допуская их перегрева. Для этого и служит система охлаждения двигателя.
Электронные нагреватели – это транзисторы, микросхемы, резисторы, конденсаторы, платы и металлические дорожки на них. Все это во время работы нагревается и излучает тепло. Это тепло не является благом и к тому же его надо отводить с помощью естественного охлаждения или, чаще всего, принудительно с помощью радиаторов (пассивно) или специальных охладительных систем (активно).
Тепловой вектор Умова от корпуса транзистора без радиатора
()
где SПРТ – площадь поверхности корпуса транзистора (без радиатора), м2;
NТР – мощность рассеяния корпуса транзистора, Вт.
Вычисляется температура поверхности корпуса транзистора по коэффициенту конвективной теплоотдачи
,
()
где α – коэффициент конвективного теплообмена;
Тос – температура окружающей среды, 0К.
Задают конкретные параметры: ТОС = 3030К, α = 75.
Если температура поверхности будет меньше или равна критической температуре транзистора, то радиатор не нужен.
Если температура поверхности будет меньше или равна критической температуре транзистора, то радиатор не нужен.
Типы транзисторов с параметрами представлены в таблице %
Таблица % – Параметры транзисторов
|
Тип транзистора |
Мощность рассеяния корпуса транзистора Nтр, Вт |
Масса корпуса транзистора Мтр, кг |
Критическая температура p-n перехода транзистора Ткр, 0К |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Транзисторы мощные низкочастотные |
|||
|
2Т704 |
15,0 |
0,020 |
398 |
|
ГТ705А |
1,6 |
0,015 |
358 |
|
ГТ810А |
0,75 |
0,012 |
338 |
|
КТ801А |
2,0 |
0,004 |
423 |
|
КТ802А |
20,0 |
0,022 |
423 |
|
КТ807А |
8,0 |
0,0025 |
423 |
|
КТ822А-1 |
20,0 |
0,00002 |
398 |
|
П201Э |
1,0 |
0,012 |
358 |
|
П702 |
4,0 |
0,024 |
423 |
|
Транзисторы мощные высокочастотные |
|||
|
КТ626А |
6,5 |
0,001 |
398 |
|
КТ940А |
1,2 |
0,0007 |
423 |
|
Транзисторы мощные сверхвысокочастотные |
|||
|
2Т942А |
25,0 |
0,002 |
398 |
Рассчитаем каждый вид транзисторовна тепловой вектор Умова от корпуса транзистора без радиаора и температуру поверхности корпуса транзистора по коэффициенту конвективной теплоотдачи
Транзистор 2Т704 представляет собой цилиндр диаметром 19,6 мм и высотой 27,5 мм. Площадь поверхности транзистора рассчитывается по формуле (17).
,
()
где d – диаметр транзистора, мм;
h – высота транзистора, мм.
мм2.
Тепловой вектор Умова от корпуса транзистора без радиатора
(Вт/м2).
Температура поверхности корпуса транзистора по коэффициенту конвективной теплоотдачи
(0К).
Для транзистора 2Т704 радиатор не нужен, так как температура поверхности корпуса меньше критической температуры.
Транзистор ГТ705А представляет собой цилиндр диаметром 19 мм и высотой 10,3 мм. Рассчитывают поверхностную площадь транзистора по формуле (17).
мм2.
Тепловой вектор Умова от корпуса транзистора без радиатора
(Вт/м2).
Температура поверхности корпуса транзистора по коэффициенту конвективной теплоотдачи
(0К).
Для транзистора ГТ705А радиатор не нужен, так как температура поверхности корпуса меньше критической температуры.
Транзистор ГТ810А представляет собой цилиндр диаметром 23 мм и высотой 13 мм. Рассчитывают поверхностную площадь транзистора по формуле ().
мм2.
Тепловой вектор Умова от корпуса транзистора без радиатора
(Вт/м2).
Температура поверхности корпуса транзистора по коэффициенту конвективной теплоотдачи
(0К).
Для транзистора ГТ810А радиатор не нужен, так как температура поверхности корпуса меньше критической температуры.
Транзистор КТ801А представляет собой цилиндр диаметром 16 мм и высотой 6,5 мм. Рассчитывают поверхностную площадь транзистора по формуле.
мм2.
Тепловой вектор Умова от корпуса транзистора без радиатора
(Вт/м2).
Температура поверхности корпуса транзистора по коэффициенту конвективной теплоотдачи
(0К).
Для транзистора КТ801А радиатор не нужен, так как температура поверхности корпуса меньше критической температуры.
Транзистор КТ802А представляет собой цилиндр диаметром 28 мм и высотой 12,2 мм. Рассчитывают поверхностную площадь транзистора по формуле).
мм2.
Тепловой вектор Умова от корпуса транзистора без радиатора
(Вт/м2).
Температура поверхности корпуса транзистора по коэффициенту конвективной теплоотдачи
0К.
Для транзистора КТ802А радиатор не нужен, так как температура поверхности корпуса меньше критической температуры.
Транзистор КТ807А имеет следующие геометрические параметры: длина 22 мм, ширина 4,5 мм, высота 9,0 мм. Рассчитывают поверхностную площадь транзистора.
мм2.
Тепловой вектор Умова от корпуса транзистора без радиатора
(Вт/м2).
Температура поверхности корпуса транзистора по коэффициенту конвективной теплоотдачи
(0К).
Для транзистора КТ807А радиатор нужен, так как температура поверхности корпуса превышает критическую температуру.
Транзистор КТ822А-1 имеет следующие геометрические параметры: длина 1,8 мм, ширина 0,8 мм, высота 1,8 мм. Рассчитывают поверхностную площадь транзистора.
мм2.
Тепловой вектор Умова от корпуса транзистора без радиатора
(Вт/м2).
Температура поверхности корпуса транзистора по коэффициенту конвективной теплоотдачи
(0К).
Для транзистора КТ822А-1 радиатор не нужен, так как температура поверхности корпуса меньше критической температуры.
Транзистор П201Э имеет следующие геометрические параметры: длина 31 мм, ширина 21 мм, высота 19 мм. Рассчитывают поверхностную площадь транзистора.
мм2.
Тепловой вектор Умова от корпуса транзистора без радиатора
(Вт/м2).
Температура поверхности корпуса транзистора по коэффициенту конвективной теплоотдачи
(0К).
Для транзистора П201Э радиатор не нужен, так как температура поверхности корпуса меньше критической температуры.
Транзистор П702 представляет собой цилиндр диаметром 28 мм и высотой 11 мм. Рассчитывают поверхностную площадь транзистора по формуле
мм2.
Тепловой вектор Умова от корпуса транзистора без радиатора
(Вт/м2).
Температура поверхности корпуса транзистора по коэффициенту конвективной теплоотдачи
(0К).
Для транзистора П702 радиатор не нужен, так как температура поверхности корпуса меньше критической температуры.
Транзистор КТ626А имеет следующие геометрические параметры: длина 7,8 мм, ширина 7,8 мм, высота 11,11 мм. Рассчитывают поверхностную площадь транзистора.
мм2.
Тепловой вектор Умова от корпуса транзистора без радиатора
(Вт/м2).
Температура поверхности корпуса транзистора по коэффициенту конвективной теплоотдачи
(0К).
Для транзистора КТ626А радиатор нужен, так как температура поверхности корпуса превышает критическую температуру.
Транзистор КТ940А имеет следующие геометрические параметры: длина 7,8 мм, ширина 7,8 мм, высота 11,11 мм. Рассчитывают поверхностную площадь транзистора.
мм2.
Тепловой вектор Умова от корпуса транзистора без радиатора
(Вт/м2).
Температура поверхности корпуса транзистора по коэффициенту конвективной теплоотдачи
(0К).
Для транзистора КТ940А радиатор не нужен, так как температура поверхности корпуса меньше критической температуры.
Транзистор 2Т942А имеет следующие геометрические параметры: длина 19 мм, ширина 3,9 мм, высота 20 мм. Рассчитывают поверхностную площадь транзистора.
мм2.
Тепловой вектор Умова от корпуса транзистора без радиатора
(Вт/м2).
Температура поверхности корпуса транзистора по коэффициенту конвективной теплоотдачи
(0К).
Для транзистора 2Т942А радиатор нужен, так как температура поверхности корпуса превышает критическую температуру.
В данном расчете рассмотрены 12 транзисторов, любой из которых может применяться в системе охлаждения автомобилей семейства ГАЗ. Для трех из двенадцати транзисторов радиатор необходим, для всех остальных он не нужен.