Название: Конструирование РЭС (Н.С. Шляпников)

Жанр: Радиотехнический

Просмотров: 1587


6.2. основы расчета радиаторов

В  кондуктивных  системах  охлаждения  функции  теплообменников  с  окружающей

средой часто выполняют радиаторы — элементы системы охлаждения   с   развитой поверхностью теплообмена.  Поверхность теплообмена радиаторов увеличивается за счет их  оребрения. С поверхности ребер тепловой поток передается в окружающее пространство  конвекцией  и  излучением.  При  этом  величина  теплового  потока определяется выражением

где аE   — коэффициент теплопередачи; Кр — коэффициент

эффективности ребра, Sp — площадь поверхности радиатора; t — средне- поверхностная температура радиатора; tc  — температура окружающей среды. Эквивалентный коэффициент теплопередачи qE  обусловлен

кондуктивной теплопередачей через слой краски или покрытия на поверхности радиатора, а также конвективной теплопередачей и излучением с поверхности. Таким образом,

 

где аk,Сл— коэффициенты теплопередачи конвекцией и излучением;

ЛП — коэффициент теплопроводности покрытия; дn—толщина покрытия.

Коэффициент эффективности ребра характеризует температурный перепад по высоте

ребра h (рис. 6.2):

 

 

 

 

 
Рис. (.2. Ребристый радиатор воздушного

охлаждения

параметр, характеризующий форму ребра (а = аk + ал );

U— периметр сечения ребра;

Л                                 — коэффициент теплопроводности материала ребра,      F          — площадь             поперечного сечения ребра).

Если на поверхности нет оребрения, то коэффициент

эффективности   ребра

Кр =1.

Конвективный коэффициент теплопередачи        Доопределяется по критериальным уравнениям . При этом характерный размер конструкции

 

радиатора L =b/2, где b — расстояние между ребрами.

 

Для  пластинчатого  радиатора  с  вертикально  ориентированными  ребрами  критерий

Нуссельта рассчитывается по формулам:

 

 

 

 

где D — длина ребра радиатора (см. рис. 6.2).

 

Расчет радиаторов заключается в определении параметров конструкции при заданном перегреве поверхности (проектный расчет) или в определении перегрева поверхности при известных геометрических размерах радиатора (поверочный расчет).    Задача решается методом  последовательных приближении.

Пластинчатые радиаторы изготавливаются в виде вырубных плоских или объемных конструкций простейшей формы. Они применяются тогда, когда коэффициент теплопередачи составляет а = 1... 2 Вт/м2- г,.

Выбор типов радиаторов при естественной конвекции ориентировочно может быть произведен по графику (рис 6.3), исходя из мощности Р, выделяемой теплонагруженным элементом.

Для изготовления радиаторов обычно применяют алюминий, магний и их сплавы в виде  штампованных  (алюминий  и  его  сплавы)  или  литых  деталей,  крашенных  или

оксидированных в черный цвет с матовой поверхностью для увеличения теплоотдачи за счет излучения. Эффективность радиаторов составляет 3.. 10 раз.

Для обеспечения электрической изоляции лучше изолировать радиатор, чем полупроводниковый прибор.

 

 

Рис. 6.3 Ориентировочный выбор конструкции радиатора: 1 — без радиатора; 2 —

пластинчатые; 3 — штампованно-сварные; 4 — штырьевые ; 5 — игольчато-спиральные

б.З.Предварителъный выбор способа охлаждения конструкции

Необходимые исходные данные:

> суммарная мощность Р,  рассеиваемая всеми элементами конструкции, Вт

где       Р,         —       мощность,      рассеиваемая             одним             элементом;     N         —        число   элементов конструкции;

> геометрические размеры корпуса Lx,Ly,Lz,CM;

 

> коэффициент заполнения объёма конструкции К у;

 

 

 

6.3.1 Рассчитать плотность теплового потока,  Вт/см2, по формуле

 

где Sk — площадь поверхности теплообмена

 

6.3.2 Если P3 <0,2Bm/cm2 ' то  достаточно естественного воздушного охлаждения,

—требуется естественная вентиляция конструкции,

 

 

 

 

 

 
охлаждение,

—        необходимо    принудительное        воздушное

 

— применяются жидкостные системы охлаждения.