Розрахунок штирьового радіатора з примусовою конвекцією

Размещено на http://www.allbest.ru/

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

1. 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.

2. Оскільки проектується штирьовий радіатор з примусовою конвекцією, то згідно рис. 7 задаємося наближеними значеннями

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

AK = (N1 - 1) • (SШ - d1) • h = (7-1) • (6 - 3) • 10-3 • 2 • 10-2 = 0.36 • 10-3 м2.

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.

Коефіцієнт конвективної тепловіддачі

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.

Отже радіатор задовольняє основній умові задачі. Потужність 18 Вт даний радіатор відводить при tP =47 °С, tП =83.3 °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.

4. Конструирование РЭС. Оценка и обеспечение тепловых режимов: Учебн. пособие / В.И. Домнич, Ю.Ф. Зиньковский. - К.: УМК ВО, 1990. - 240 с.

5. 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)

Размещено на Allbest.ru