Расчет уровня перегрева при заданной мощности, выделяемой навесным компонентом, выбор конструкции радиатора

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский Государственный Университет Аэрокосмического приборостроения.

Кафедра 16

Рейтинг за работу

Преподаватель                                                                 Ларин В.П.

Выбор радиатора

Работу выполнил

студент гр.1806                                                 Алексеев Вадим                                          

Санкт-Петербург

2002

1.Цель работы

На основе расчета уровня перегрева при заданной мощности, выделяемой навесным компонентом, выбрать конструкцию радиатора, определить теплоотвод от элемента и  варьируя параметрами радиатора получить эффективную конструкцию.

2. Краткие теоретические сведения и исходные данные

На рис. 1 схематически изображен радиатор. Внутри его находится источник мощностью P, разогревающий рабочую область прибора. До температур t_р и t_к. В месте крепления прибора к радиатору температура t_и , а средняя температура основания радиатора t_s.

Рис. 1. Тепловая модель радиатора:
1 - элемент; 2 - область теплового контакта; 3 - радиатор
t_okr - температура окружающей среды; t_р - температура рабочей области элемента;
t_s - температура основания радиатора; t_к - температура в месте контакта;
t_кп - температура корпуса элемента; t_r - предельная температура рабочей области
элемента; R_вн - внутреннее тепловое сопротивление; R_к - тепловое сопротивление
контакта; R_р - тепловое сопротивление радиатора

            При проектировании  или выборе радиатора необходимы следующие исходные данные:

-  предельная температура рабочей области прибора или его корпуса t_р;

-  рассеиваемая прибором мощность Ф;

-  внутреннее тепловое сопротивление между рабочей областью и корпусом прибора R_вн ;

-  сопротивление контакта с радиатором R_к;

-  температура окружающего воздуха t_с.

Перегрев места соединения прибора и радиатора можно определить по следующей формуле:

Средний перегрев основания радиатора и перегрев места крепления радиатора и прибора связывает величина  .

Эта безразмерная величина зависит от двух комплексов подобия:

, где

- эффективные коэффициенты теплоотдачи с обеих сторон радиатора;

 - теплопроводность материала радиатора;

- площади оснований прибора и радиатора;

- толщина основания радиатора.

            Параметры не заданы, по этому  в первом приближении задается =1.2. Затем по графикам определяется величина возможный вид оребрения радиатора его материал и эмпирически задается его предполагаемая площадь. Также определяются условия охлаждения. Затем рассчитываются безразмерные комплексы В и  и  опять же по графикам уточняется величина . Затем уточняется перегрев и площадь основания радиатора.

            На рис. 2 представлены типы радиаторов. a- пластинчатый, б- ребристый, в – штыревой.

            Параметрами существенно влияющими на рассеиваемый радиатором тепловой поток являются:

1)  площадь основания

2)  высота ребра h

3)  шаг ребра Sш

4)  толщина ребра б (ребристые) или диаметр штыря (штыревые)

(рис. 2 типы радиаторов)

3. Описание программы и алгоритм ее работы

            Для выполнения расчета радиатора была составлена программа, которая облегчает расчет, предоставляя удобный интерфейс для работы, и выполняя все необходимые расчеты.

            Задача выбора радиатора выполняется по прохождении нескольких шагов. Следовательно, алгоритм работы программы представляет из себя следующую последовательность действий:

1)  ввод исходных данных

на этом этапе необходимо ввести перечисленные выше параметры: предельно допустимую температуру рабочей области, тепловые сопротивления, площадь контакта прибора и радиатора, эмпирически заданную площадь радиатора и т.д;

2)  определение типа радиатора

на этом этапе по рассчитанному перегреву основания радиатора и определенной удельной мощности рассеивания прибора надо по графику на рисунке определить типа радиатора (пластинчатый, штыревой или ребристый) и условия охлаждения (свободная конвекция или вынужденная);

3)  определение типоразмера радиатора

на этом этапе необходимо по графику определить конкретный типоразмер радиатора (выбрать из списка), для пластинчатых радиаторов имеет значение только площадь основания; в случае если охлаждения проходит при вынужденном движении воздуха необходимо ввести его скорость; также вводится толщина основания, выбирается материал (алюминий, дюралюминий, латунь, медь), уточняется эффективный коэффициент теплоотдачи;

4)  уточнение величины

здесь по рассчитанным величинам В и по графику на рисунке уточняется ;

5)  конец расчета

этот этап заключительный, на нем подытоживаются результаты работы (выводится перечень характеристик радиатора в том числе уточненный перегрев его основания и уточненная его площадь); если результаты расчета по каким либо причинам не устраивают можно на любом его этапе вернуться назад и подкорректировать вводимые данные.