Материал: Расчёт теплового режима блока РЭС. методические указания по курсовому проектированию. Муратов А.В., Ципина Н.В

Рис. 2

Область 12 относится к группе пластинчатых радиаторов с размерами ребра квадратного основания от 40 до 155мм.

На рис. 3 представлен эффективный коэффициент теплоотдачи в зависимости от скорости вынужденного потока воздуха для тех же типов радиаторов, размеры которых указаны в табл. 1. При этом шаг между штырями или ребрами обозначен S^‘_ш (сплошные кривые) и S^‘’_ш (пунктирные кривые). Размеры квадратного основания пластинчатого радиатора (область 12) L₂ изменяются в пределах от 40 до 125 мм.

Методика расчета радиатора следующая[4]:

1. Определяем перегрев в месте крепления компонента к радиатору по следующей формуле:

(5)

где R_вн – внутреннее тепловое сопротивление прибора между рабочей областью и корпусом; R_к – тепловое сопротивление контакта; t_c – температура окружающей среды или набегающего потока; t_p – предельная температура рабочей области прибора; t_и – температура в месте крепления прибора к радиатору.

2. Определяем в первом приближении средний перегрев основания радиатора. Для этого введем безразмерную величину β, связывающую среднюю температуру t_s основания радиатора и температуру t_и в месте крепления прибора к радиатору (в первом приближении β = 1,2):

(6)

Рис. 3

3. Выбираем тип радиатора. Эта процедура является эмпирической и предполагает знание сравнительной эффективности различных типов радиаторов. В первом приближении выбрать тип радиатора и условия теплообмена можно с помощью графиков изображенных на рис. 4.

Рис. 4. Графики выбора типа радиатора: при свободной конвекции - пластинчатые (1), ребристые (1…4), игольчато-штыревые (1…5), при вынужденной конвекции – пластинчатые (3), ребристые (6…8), петельно-проволочные (8,9), жалюзные (10,11), игольчато-штыревые (11,12)

Рис. 5. Температурное поле радиатора – 1 и прибора – 2

На рис. 5 схематически изображен радиатор 1 с закрепленным на нем прибором 2, внутри которого имеются источники мощностью Ф , разогревающие рабочую область прибора (например, область p-n-перехода) и его корпус до температур t_p и t_к; в месте крепления прибора к радиатору температура t_и, а средняя температура основания радиатора t_s.

При выборе радиатора предполагается, что удельная мощность рассеивания q задана и точка пересечения параметров t_s - t_c и q указывает область, которой соответствует определенный тип радиатора и условия охлаждения.

4. Определяем эффективный коэффициент теплоотдачи радиатора.

Графики зависимости коэффициента теплоотдачи игольчато-штыревых и ребристых радиаторов приведены на рис. 19 и 20, а их конструктивные параметры в табл. 1.

В условиях принудительного воздушного охлаждения коэффициент эффективности теплоотдачи этих радиаторов выбирается в зависимости от скорости потока воздуха ν из графика изображенного на рис. 3.

(7)

5. Находим площадь основания радиатора:

6. Определяем средний перегрев радиатора во втором приближении:

(8)

г

(9)

(10)

λ_р – коэффициент теплопроводности материала, из которого изготовлен радиатор; δ_р – толщина основания радиатора; А_и и А_р площади основания прибора и радиатора соответственно.

7. Уточняем площадь основания радиатора:

(11)

Теплоотвод-пластину рекомендуется применять при рассеиваемой мощности не более 5 Вт. При значениях мощности более 5 Вт габаритные размеры теплоотвода очень велики. Теплоотводы оребренные, штыревые, петельно-проволочные, типа «Краб» целесообразно применять для отвода мощностей от 5 до 20 Вт при температуре окружающей среды до + 120ºС. При значениях рассеиваемой мощности свыше 20 Вт и температуре окружающей среды выше + 120ºС эти конструкции необходимо использовать в условиях принудительного воздушного охлаждения или применять жидкостное охлаждение. Для обеспечения равномерного температурного поля длину и ширину теплоотвода целесообразно делать близкими по величине. Соотношение сторон теплоотвода не должно быть более 2.

П орядок конструктивного расчета теплоотвода пластины для естественного охлаждения приведен в табл. 2. Внешний вид теплоотвода-пластины показан на рис. 6.

Рис. 6

Таблица 2

Порядок конструктивного расчета теплоотвода пластины

Продолжение табл. 2

Методика проведения расчета игольчато-штыревого радиатора приведена в табл. 3.

На рис. 7 изображен внешний вид и обозначение размеров игольчато-штыревого радиатора.

Рис. 7

Таблица 3

Порядок конструктивного расчета штыревого теплоотвода

Продолжение табл. 3