5. Тепловой расчет

Выполним расчет тепловой характеристики блока при естественной конвекции.

Исходные данные:

L₁ = 170 мм = 0,17 м – длина корпуса;

L₂ = 120 мм = 0,12 м – ширина корпуса;

L₃ = 45 мм=0.045 м – высота корпуса;

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

h₁ = 20 мм = 0,02 м – расстояние от верхней стенки корпуса до нагретой зоны;

h₂ = 25 мм= 0,025 м – от нижней стенки;

h₃ = 10 мм = 0,001 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 = 0,17*0,12=0,0204 м²

Площадь боковой поверхности зарядного устройства:

S_б = L_{3 *}2(L₁+L₂) = 0,045_*2(0,17+0,12) =0,0261 м²

Площадь поверхности нагретой зоны в области 1 и 2:

S₃₁= S₃₂ = ( L₁ -2L₄)_*( L₂ -2L₄)= 0,019 м²

Площадь поверхности внутренней части корпуса:

S_к1=2h_1*(L₁+L₂-4L₄)+( L₁ -2L₄)_*( L₂ -2L₄)= 0,03 м²

S_к2 = 2h_2*(L₁+L₂ -4L₄)+( L₁ -2L₄)_*( L₂ -2L₄) = 0,032м²

Площадь поверхности внутренней части корпуса в области 2:

S₃₂ = h_2* 2_* ( L₁ -2L₄ +L₂ -2L₄)= 0,0145 м²

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

σ¹₃ = 23_* (L₁ -2L₄) _* ( L₂ -2L₄) =0,43 Вт/К

2. 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

3 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 = 0,12 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 = 4.52Вт/(м²К)

α_к.н = 0,7* А₁ ( t_к- t_c /L₂)^0.25 = 2.43 Вт/(м²К)

Определяющий размер для боковых поверхностей L₃ = 0,045 м; при этом:

α_к.б = А₁( _tк- _tc /_L3^)0.25 = 4.44 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 = 5.382 Вт/(м²К)

α_в = α_к.в+ α_л = 4,52+5.382 = 9,902 Вт/(м²К)

α_н = α_к.н+ α_л = 2,43+5, 382 = 7,812 Вт/(м²К)

α_б = α_к.б+ α_л = 4,44+5, 382 = 9,822 Вт/(м²К)

7. Находим тепловую проводимость корпуса:

σ_к = α_{в *}S_в+ α_н* S_н+ α_б* S_б = 9,902_*0,0204+7,812_*0,0251+9,822_*0,019 = = 0,58 Вт/К

6 Определяем температуру нагретой зоны:

t¹₃ = t_с +(t_к - t_с) _* ( 1+ ) = 25,62 ^оС

5. Находим мощность, рассеиваемую в корпусе:

Р = σ_к(t_к - t_с) = 0,58_* (25-20) = 2,9 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 = 0,12 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( _tк- _tc /_L2^)0.25 = 5.38 Вт/(м²К)

α_к.н = 0,7* А₁( _tк- _tc /_L2^)0.25 = 2.89 Вт/(м²К)

Определяющий размер для боковых поверхностей L₃ = 0,045 м; при этом:

α_к.б = А₁( _tк- _tc /_L3^)0.25 = 5.28 Вт/(м²К)

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

Вт/(м²К)

Найдем полные коэффициенты теплоотдачи с поверхностей корпуса:

α_л = 0,92+6,005 = 5.525 Вт/(м²К)

α_в = α_к.в+ α_л = 5,38+5.38= 10,76 Вт/(м²К)

α_н = α_к.н+ α_л = 2,89+5.38= 8,27 Вт/(м²К)

α_б = α_к.б+ α_л = 5,28+5.38= 10,66 Вт/(м²К)

13. Находим тепловую проводимость корпуса:

σ_к = α_{в *}S_в+ α_н* S_н+ α_б* S_б = 10,76_*0,0204+8,27_*0,0251+10,66_*0,019 = = 0,63 Вт/К

11 Определяем температуру нагретой зоны:

t¹₃ = t_с +(t_к - t_с) _* ( 1+ ) = 31,08 ^оС

12 Находим мощность, рассеиваемую в корпусе:

Р = σ_к(t_к - t_с) = 0,63_* (30-20) = 6,3 Вт

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

ВЫВОД

При проектировании к прибору предъявлялись следующие эксплуатационные требования:

- возможность быстрого осмотра и ремонта прибора,

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

- устойчивость параметров аппаратуры и сохранность ее при воздействии влаги, температуры, давления, надежная защита от пыли,

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

В результате работы, разработано удобное в эксплуатации устройство для измерения порционного расхода жидкости. 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.

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.