Расчет и проектирование электронных приборов: Учебное пособие, страница 14

При Re<2200 режим движения ламинарный. Этот режим малоэффективен. Однако не исключена возможность охлаждения и при ламинарном потоке, т.к. в этом случае отмечается резкое снижение перепада давления по длине канала охлаждения. При ламинарном режиме, независимо от скорости движения, Nu ≈ 4,6.

Коэффициент e_l определяет условия стабилизации потока на участках, прилегающих к входному и выходному патрубкам. При большой протяженности канала, когда отношение длины канала к эффективному диаметру L_к/d_эф>50, коэффициент e_l = 1. При L_к/d_эф<50  e_l > 1 (см. табл. 10).

Таблица 10

Значения поправочного коэффициента стабилизации потока e_l

Lк/dэф	50	40	30	20	15	10	5	2
el	1	1,03	1,07	1,13	1,17	1,23	1,34	1,5

8.2.2. Расчет анода с воздушным охлаждением

В приборах с принудительным воздушным охлаждением для обеспечения эффективного теплосъема  на внешней стороне анода укрепляются ребра. Анод и ребра выполняются из меди. Медь обладает достаточно высокой коррозионной стойкостью, высокой вакуумной плотностью, высокой теплопроводностью и сравнительно невысокой стоимостью. Соединяют ребра с телом анода твердыми припоями. Для этой цели применяют медно-серебряные сплавы ПСр-72 либо ПСр-50. Пайка анода осуществляется в атмосфере водорода. Для исключения «водородной болезни» используется медь бескислородная марки МБ. Необходимый для охлаждения воздушный поток обеспечивается с помощью специальных вентиляторов.

 При проектировании задаются толщиной анода D_а, толщиной ребер d_р, зазором между ребрами b_р, длиной t_р и высотой h_р ребер (рис. 22). Высота ребер обычно выбирается равной либо несколько больше высоты электродной системы h. Для обеспечения вакуумной плотности прибора толщина анода выбирается в пределах D_а = 2…4 мм. При выборе толщины ребер учитывают то, что при большой толщине будет слишком мало ребер, а при малой – падает механическая прочность конструкции. Оптимальное значение d_р = 0,5…1,5 мм. От величины зазора между ребрами зависят их количество и величина аэродинамического сопротивления охлаждающей системы, обычно b_р = 1…2 мм. Чем больше длина ребер, тем более развитой получается охлаждаемая поверхность. Однако при

чрезмерном увеличении t_р снижается эффективность охлаждающей системы, поскольку из-за перепада температуры по длине концевые участки ребер обладают ограниченной возможностью в теплоотводе. Кроме того, при больших размерах воздушного канала может сформироваться ламинарный режим движения воздушного потока. При переходе к ламинарному режиму резко падает коэффициент теплоотдачи, но одновременно падает и аэродинамическое сопротивление, что позволяет снизить потери на прогон воздуха и сэкономить на мощности вентилятора.

После выбора элементов геометрии радиатора рассчитывается количество ребер

n_р= pD_ан/(b_р + d_р),                                        (71)

где D_ан =2(r_а + D_а) – внешний диаметр анода.

Поскольку количество ребер должно быть целочисленным, необходимо скорректировать толщину ребер d_р либо зазор между ними b_р.

Площадь воздушного канала

F_к= (p/4)[(D_ан + 2t_р)² – D_ан²] – n_рd_рt_р .                                (72)

Затем выбирают объемный расход воздуха V, создаваемый вентилятором. Объемный расход указывают в м³/ч. Применительно к возможностям вентиляторов, используемых для охлаждения анодов электронных ламп, рекомендуются следующие значения объемного расхода: 50, 100, 200, 500, 1000, 2000 м³/ч.

Линейная скорость воздушного потока, м/с,

v = V/(3600×F_к).                                                          (73)

Степень нагрева воздуха, прошедшего через канал,

DT = 3600(P_a + P_f)/(cgV),                                              (74)

где c и g – соответственно теплоемкость и плотность воздуха при средней температуре

T₀ = T_вх +0,5DT.                                                   (75)

Если в задании к курсовому проекту нет специальных указаний, температура на входе воздушного канала T_вх принимается равной 20 ⁰С.

Таблица 11

Теплофизические параметры сухого воздуха

T, 0C	λ, Вт/(м·град)	ν·105, м2/с	g, кг/м3	c, Дж/(кг·град)	Pr
20	0,0259	1,51	1,205	1005	0,703
30	0,0267	1,60	1,165	1005	0,701
40	0,0283	1,70	1,128	1005	0,699
50	0,0275	1,80	1,093	1005	0,698
60	0,0290	1,90	1,060	1005	0,696
70	0,0297	2,00	1,029	1010	0,694
80	0,0305	2,11	1,000	1010	0,692

В соответствии с найденным значением T₀ выбираются теплофизические параметры воздуха при данной температуре (табл. 11) и рассчитывается критерий Рейнольдса Re. Причем для канала в виде близко расположенных пластин (ребер) d_эф ≈ 2b_р.

Численное значение критерия Рейнольдса определяет не только условия теплоотдачи, но и величину аэродинамического сопротивления воздушного канала, а значит, и расход электроэнергии на прогон воздушного потока через систему охлаждения. Из экономических соображений мощность электродвигателя вентилятора не должна превышать 5…6 % от средней мощности полезного сигнала (P_к – в случае генераторного триода и P_вых/Q – в случае импульсной модуляторной лампы).

Мощность электродвигателя определяется из соотношения

,                                                  (76)

где  – суммарные аэродинамические потери (перепад давления по длине системы охлаждения), η_в = 0,5…0,65 – коэффициент полезного действия вентилятора, η_эл ≈ 0,8 – коэффициент полезного действия электродвигателя.

Аэродинамические потери в системе охлаждения складываются из потерь на входном участке воздушного канала Δp_вх, в канале охлаждения Δp_к и на выходном участке Δp_вых. Для оценки местного аэродинамического сопротивления справедлива формула Δp_м = ζ_мv²g /2.