Висновки

В процесі виконання курсової роботи розраховано теплову характеристику радіатора, розраховано геометричні розміри радіатора ..., температуру радіатора в місці кріплення НПП ..., температуру p-n переходу НПП...

Список використаних джерел

1. Варламов Р.Г. Справочник конструктора РЭА. Общие принципы конструирования / Под ред. Р.Г.Варламова. – М.: Сов. радио, 1980. – 480 с.

2. Готра З.Ю. Теплові процеси в електроніці / Ю.Я. Бобало, В. Вуйцік, З.Ю. Готра, Т. Голец, В. Каліта, В.І. Лозбін, І.С. Романюк; за ред. З.Ю. Готри. – Львів: Ліга-пресс, 2007. – 360 с.

3. Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре: Учебн. для вузов по спец. «Конструиров. и произв. радиоаппаратуры» / Г.Н. Дульнев. – М. : Высш. шк., 1984. – 247 с.

4. Конструирование РЭС. Оценка и обеспечение тепловых режимов: Учебн. пособие / В.И. Домнич, Ю.Ф. Зиньковский. – К. : УМК ВО, 1990. – 240 с.

5. Ненашев А.П. Конструирование радиоэлектронных средств: Учебн. для радиотехнич. спец. вузов / А.П. Ненашев. – М. : Высш. шк., 1990. – 432 с.

6. Федоренко А.П. Основи конструювання обчислювальної техніки : навч. посібник у 2-х част. / А.П. Федоренко, С.В. Баловсяк. – Ч. 2-га. – [Вид. 2-ге, випр. і доповн.] – Чернівці : Чернівецький нац. ун-т, 2011. – 80 с.

7. Федоренко А.П. Основи конструювання обчислювальної техніки. Методичні рекомендації до лабораторного практикуму / А.П. Федоренко, С.В. Баловсяк. – Чернівці: Рута, 2008. – 92 с.

Додаток

Креслення розрахованого радіатора згідно варіанту (виконати у форматі А3).

3.2. Зразок розрахунку ребристого радіатора з примусовою конвекцією

1. Початкові дані

Дано:

Р = 13.5 Вт; R_ПК = 2.5 К/Вт; R_КР = 0.4 К/Вт; t_ПM = 140 °С; t_С = 25 °С; ε = 0.8; λ = 210 Вт/м∙К; υ = 3.0 м/с.

Тип радіатора – ребристий, охолодження за допомогою примусової конвекції.

2. Розрахунок теплових режимів радіатора

1. Розглянемо рівняння (1)

t_П – t_C = (t_П – t_K) + (t_K – t_P) + (t_P – t_C).

З урахуванням того, що

θ_ПК = t_П – t_K = Φ∙R_ПК,

θ_КP = t_K – t_P = Φ∙R_КP,

рівняння (1) набуває вигляду

t_P = t_П – Φ (R_ПК + R_КP).

Згідно даним задачі, врахувавши, що Р = Φ, одержимо максимально допустиму температуру радіатора в місці кріплення НПП

t_P = 140 – 13.5 (2.5 + 0.4) = 100.85 °C.

2. Оскільки нам задано тип радіатора, а саме радіатор ребристий з повітряним примусовим охолодженням при швидкості повітря υ = 3.0 м/с, то згідно рис. 7 задаємся наближеними значеннями θ_S = t_S - t_C та q = Φ/A. Даному типу радіатора відповідає зона а5-б5.

При перегріві θ_SC ≈ 30 °C густина теплового потоку дорівнює приблизно q = 10⁴ Вт/м². Оскільки Φ = 13.5 Вт, то площа основи радіатора А= Φ/q = 13.5/10⁴ = 13.5 ∙ 10^-4 м².

3. З конструктивних міркувань приймаємо: форма основи радіатора квадрат (L × L = A), розмір L = 3.67 ∙ 10^-2 м.

Основа радіатора з однієї сторони має ребра, з іншої сторони до неї кріпиться НПП. Ребристий радіатор встановлюємо горизонтально, канали між ребрами також направлені горизонтально, обдув повітрям здійснюється вздовж каналів.

4. Згідно рис. 8б ребристим радіаторам, що працюють в умовах повітряного охолодження, для яких розмір L= 40 мм, відповідає зона 9. Згідно графіків при υ = 3.0 м/с ефективне значення α_еф дорівнює приблизно α_еф = 250 Вт/м²К.

5. Оскільки значення α_еф бажано збільшити, то згідно таблиці 2 зупинимось на позиції 9, а розміри ребер радіатор вибираємо такими:

висота ребра h = 30 мм;

крок ребер S_Ш = 6 мм;

товщина ребра δ = δ₁ = 2 мм;

довжина ребер L = 44 мм;

ширина каналу b = 4 мм.

6. Кількість ребер радіатора:

.

Отже кількість ребер N = 8.

7. Сумарна площа перерізу каналів між ребрами

A_K = (N - 1) ∙ b ∙ h = (8-1) ∙ 4 ∙ 10^-3 ∙ 30 ∙ 10^-3 = 0.84 ∙ 10^-3 м².

8. Розрахункова швидкість повітря відносно ребер радіатора

υ_P = 1.25 υ = 1.25 ∙ 3.0 = 3.75 м/с.

9. Задаємося декількома значеннями середньої температури основи радіатора t_P.

9.1. Нехай t_P = 40 °С.

Тоді щільність повітря при t_P = 40 °С згідно таблиці додатку Г

ρ_P = 1.128 кг/м³.

Питома теплоємність при цьому

С_Р = 1000 Дж/кг∙К.

Згідно формули (26) визначаємо середнє значення температури повітря в каналах між ребрами:

t_m = t_C + Φ_P/(2 ∙ υ_P ∙ A_K ∙ ρ ∙ С_Р) = 25+13.5/(2 ∙ 3.75 ∙ 0.84∙10^-3 ∙ 1.128∙10³) = = 27 °С.

Щоб визначити конвективну тепловіддачу з ребер радіатора визначимо:

число Рейнольдса

,

де ν – кінематична в’язкість при середній температурі t_P;

число Нуссельда при умові, що для ребристих радіаторів;

=  = 49.50.

Була використана формула .

Коефіцієнт конвективної тепловіддачі

31.05 Вт/м²К.

Визначаємо характеристичний параметр ребра

м^-1,

де периметр поперечного перерізу ребра

U = 2(L + δ) = 2(44 + 2) ∙ 10^-3 = 92 ∙ 10^-3 м.

площа поперечного перерізу ребра

A_P = L ∙ δ = 44 ∙ 2 ∙10^-6  = 88 ∙ 10^-6 м².

теплопровідність алюмінію λ_P = 210 Вт/(м·К) (додаток В).

Тоді

,

.

Згідно формули (14) конвективний тепловий потік

9.76 Вт,

де перегрів основи радіатора

θ₁ = t_P – t_C = 40 – 25 = 15 °C.

Визначимо середню температуру ребра радіатора

38.7 °C.

Було враховано, що

.

Скориставшись таблицею (додаток А), знаходимо

f(t_S, t_C) = f(38.7, 25) = 6.47 Вт/м²К.

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням

α_В = εψ f(t_S, t_C) = 0.8 ∙ 0.0625 ∙ 6.47 = 0.3235 Вт/м²К.

де коефіцієнт опромінювання

.

Тепловий потік випромінювання

Φ_В = α_В A_В (t_S - t_C) = 0.3235 ∙ 24.992 ∙ 10^-3 (38.7 – 25) = 0.11 Вт.

Площа поверхні випромінювання радіатора

A_В = 2L[(N - 1)(b + δ) + δ] + 2h ∙ L ∙ N = 2 ∙ 44 ∙ 10^-3 [(8-1)(4+2) ∙ 10^-3 +

+ 2 ∙ 10^-3] + 2 ∙ 30 ∙ 10^-3 ∙ 44 ∙ 10^-3 ∙ 8 = 24.992∙ 10^-3 м².

Сумарний тепловий потік при θ_Р= 40 °С

Φ₁ = Φ_К + Φ_В = 9.76 + 0.11 = 9.87 Вт.

9.2. Тепер нехай t_P = 60 °С. Тоді для повітря при цій температурі

ρ_P =1.06 кг/м³; C_Р = 1000 Дж/кг∙К; λ = 2.9∙10^-2; ν = 18.97∙10^-6.

t_m = t_C + Φ_P/ (2 ∙ υ_P ∙ A_K ∙ ρ ∙ C_P) =

= 25 + 13.5 / (2 ∙ 3.75 ∙ 0.84 ∙ 10^-3 ∙1.06 ∙10³) = 27 °C.

Критерії Рейнольдса та Нуссельта:

.

Оскільки , то

N_u = 0.032∙R_e^0.8 = 0.032 (0.87∙10⁴)^0.8 = 0.032 ∙ exp(0.8 ∙ ln(0.87 ∙ 10⁴)) = 45.37.

= 29.9 Вт/м²К.

.

mh = 12.2 ∙ 30 ∙ 10^-3 = 0.336,

tg(mh) = 0.350.

Конвективний тепловий потік

22.1 Вт,

де θ₂ = t_P- t_C = 60 – 25 = 35 °C.

58 °C.

f(t_S, t_C) = f(58, 25) = 7.12 Вт/м²К.

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням

α_В = εψ f(t_S, t_C) = 0.8 ∙ 0.0625 ∙ 7.12 = 0.356 Вт/м²К.

Тепловий потік випромінювання

Φ_В = α_В A_В (t_S - t_C) = 0.356 ∙ 24.992 ∙ 10^-3 (58 – 25) = 0.259 Вт.

Сумарний тепловий потік при θ_Р= 60 °С

Φ₂ = Φ_К + Φ_В = 22.1 + 0.26 = 22.36 Вт.

10. За двома точками (40, 9.87) та (60, 22.36) будуємо теплову характеристику радіатора Φ = Φ(t_P) (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Теплова характеристика радіатора

11. Знаючи, що НПП споживає Р = 13.5 Вт з допомогою теплової характеристики Φ = Φ(t_P) знаходимо середню температуру радіатора t_P=45 °С.

12. Згідно формули

t_П = t_P + Φ(R_ПК+R_КР) K_HP = 45 + 13.5(2.5+0.4) ∙ 0.94 = 81.8 °С.

що менше допустимого значення t_ПМ=140 °С з достатнім запасом.