Розрахунок штирьового радіатора з примусовою конвекцією
Контрольна
робота
Розрахунок
штирьового радіатора з примусовою конвекцією
Вступ
Дана курсова робота призначена для
закріплення практичних навичок, отриманих при вивченні курсу „Основи
конструювання обчислювальної техніки”.
Курсова робота виконуються згідно
варіанту № 12.
Мета курсової роботи полягає у
розрахунку теплових режимів роботи радіатора і виборі його типу, розрахунку
температури радіатора та його геометричних розмірів, виконанні креслення
радіатора.
Початкові дані
Дано:
Р = 11.0
Вт; RПК
= 3.0 К/Вт; RКР
= 0.3
К/Вт; tПM
= 95
°С; tС
= 30 °С; е =
0.9;
л =160
Вт/м∙К; х =
1.5
м/с.
Тип радіатора - штирьовий,
охолодження за допомогою примусової конвекції.
Розрахунок теплових режимів
радіатора
. Розглянемо рівняння (1)
tП
- tC = (tП
- tK) + (tK
- tP) + (tP
- tC).
З урахуванням того, що
иПК
= tП
- tK = Ц∙RПК,
иКP
= tK - tP
= Ц∙RКP,
рівняння (1) набуває вигляду
tP
= tП - Ц (RПК
+ RКP).
Згідно даним задачі, врахувавши, що
Р =
Ц, одержимо максимально допустиму температуру
радіатора в місці кріплення НПП
tP
= 95 - 11 (3.0 + 0.3) = 58.7 °C.
иS
= tS - tC
та q = Ц/A.
Даному типу радіатора відповідає
зона а8-б8.
При перегріві иSC
≈
40
°C будемо
орієнтуватися на густину теплового потоку q
= 3 · 104 Вт/м2. Оскільки Ц
=
18.0
Вт, то орієнтовна площа основи радіатора
А= Ц/q
= 11.0/3
· 104
= 3.66(6)
· 10-4 м2.
З конструктивних міркувань
попередньо приймаємо, що форма основи радіатора квадрат (L
×
L = A),
розмір L
=
40 ∙
10-3 м.
Основа радіатора з однієї сторони
має штирі, з іншої сторони кріпиться НПП. Штирьовий радіатор встановлюємо
вертикально.
Згідно рис. 8б для штирьових
радіаторів, що працюють в умовах примусової конвекції при кроці Sш
відповідають штрихові криві 5, 6, 8. Зупинимося на кривій 5. Згідно графіку при
швидкості повітря х =
1.5
м/с ефективне значення беф дорівнює приблизно беф = 500 Вт/м2К.
Згідно таблиці 2 зупинимось на таких
розмірах:
висота штиря h
=
20 мм = 2∙10-2 м;
діаметр нижнього торця d1
= 3 мм = 0.3∙10-2 м;
діаметр верхнього торця d2
= 1.2 мм = 0.12∙10-2 м;
крок установки штирів SШ
= 6 мм = 0.6∙10-2 м;
Кількість штирів радіатора в одному
ряду:
.
Отже кількість штирів N1 =
7.
Оскільки основа радіатора
квадратна, то рядів теж буде 7. Загальна кількість штирів N =
49.
Середньоповерхнева
температура радіатора в першому наближенні
TS
=
KHP ∙
TPMAX = 0.92 ∙
58.7 = 54.004
°C.
де при примусовій конвекції
штирьових радіаторів КНР=0.94.
Сумарна площа перерізу каналів між
ребрами
Розрахункова швидкість повітря
відносно штирів радіатора
хP = 
= 3 м/с.
Задаємося декількома
значеннями середньої температури основи радіатора tP
Нехай tP =
50 °С.
Це відповідає перегріву иPC = tP - tS =
50 - 30 = 20 °C.
Тоді густина повітря при tP =
50 °С
сP = 1.093
кг/м3.
Питома теплоємність при цьому
СР = 1000 Дж/кг∙К.
Згідно формули (26)
визначаємо середнє значення температури повітря в каналах між ребрами:
tm = tC + ЦP/(2 ∙
хP ∙
AK ∙
с ∙ СР) = 30+11/(2 ∙ 6 ∙ 0.864 ∙ 10-3 ∙ 1.093∙103)
= = 30.97 °С.
Число Рейнольдса
,
де н - кінематична
в’язкість при середній температурі tm;
de - ефективний
діаметр штиря
= 2.1∙ 10-3
м.
При примусовій конвекції,
якщо
,
то число Нуссельда
визначається за формулою
= 10.16.
130 Вт/м2К.
Визначаємо характеристичний
параметр ребра
,
де периметр поперечного
перерізу штиря U = рde.
Аш = 
= 3.46 ·
10-6 м2.
Тоді
,
0.61.
Згідно формули (14) конвективний
тепловий потік
13,1 Вт,
При вимушеній конвекції
тепловіддачу через випромінювання можна знехтувати. Тому остаточно перегрів
основи радіатора и1 = 20
°C
забезпечує тепловий потік Ц1 = 13.1 Вт.
Оскільки при перегріві и1 =
20
°C
тепловий потік Ц1 більше споживаної потужності Р = 11 Вт, то подальше
збільшення перегріву для побудови теплової характеристики зупиняємо.
Будуємо теплову
характеристику радіатора за двома точками (0, 0) та (20, 13.1)
Рис. 3.4. Теплова
характеристика радіатора
Знаючи, що НПП споживає Р =
11 Вт за допомогою теплової характеристики знаходимо перегрів иР=17 °С.
Температура радіатора в місці
кріплення НПП
tP = иР + tC = 17 + 30 = 47 °С.
Температура p-n
переходу НПП
tП = tP + Ц(RПК+RКР) = 47 +
11
(3+0.3)
= 83.3 °С.
що менше допустимої
температури tПМ=95
°С.
Висновки
радіатор тепловий
примусовий конвекція
В процесі виконання курсової
роботи розраховано теплову характеристику радіатора, розраховано геометричні
розміри радіатора висота штиря h = 20 мм = 2∙10-2
м., діаметр нижнього торця d1 = 3 мм =
0.3∙10-2 м., діаметр верхнього торця d2 =
1.2 мм = 0.12∙10-2 м., крок установки штирів SШ =
6 мм = 0.6∙10-2 м., температуру радіатора в місці кріплення НПП tP =47
°С, температуру p-n
переходу НПП tП
=83.3 °С.
Список літератури
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, 2009. - 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.
. Конструирование РЭС. Оценка
и обеспечение тепловых режимов: Учебн. пособие / В.И. Домнич, Ю.Ф. Зиньковский.
- К.: УМК ВО, 1990. - 240 с.
. Ненашев А.П.
Конструирование радиоэлектронных средств: Учебн. для радиотехнич. спец. вузов /
А.П. Ненашев. - М.: Высш. шк., 2010. - 432 с. (C.154-184)
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. (С.5-33)
7. Федоренко
А.П.
Основи конструювання обчислювальної техніки. Методичні рекомендації до
лабораторного практикуму / А.П. Федоренко,
С.В. Баловсяк. - Чернівці: Рута, 2009. - 92 с.
(С.21-48)