347

Разработка воздушного радиатора транзистора ГТ701А

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Транзистор германиевый сплавной p-n-p универсальный. Корпус металлический со стеклянными изоляторами и гибкими выводами. Коэффициент теплоотдачи зависит от теплофизических свойств воздуха, его режима движения и геометрии омываемой поверхности.

Русский

2012-12-07

668 KB

49 чел.

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Рязанский Государственный Радиотехнический Университет»

Кафедра Промышленной Электроники

Курсовая работа по дисциплине

«Тепловые процессы в электронике»

Разработка Воздушного Радиатора Транзистора

ГТ701А

Направление 210100 – «Электроника и микроэлектроника»

Выполнил:

студент группы №926

Мальцев М.В.

Проверил:

Д.Т.Н. проф.

Улитенко А.И.

1) Конструкция транзистора

Транзистор германиевый сплавной p-n-p универсальный. Предназначен для работы в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания, а так же в преобразователях напряжения. Допускается применять в условиях импульсных перегрузок по напряжению и мощности.

Корпус металлический со стеклянными изоляторами и гибкими выводами. Масса транзистора не более 25 г. Масса крепежного фланца не более 7,5 г.

Рис. 1. Общий вид транзистора

2) Предельные эксплуатационные данные

  •  Предельная рассеиваемая мощность – 50 Вт
  •  Максимальная температура корпуса – 90 ºС
  •  Температура окружающей среды – 40 ºС

3) Условные обозначения

Q – рассеиваемая мощность, Вт

Тк – температура корпуса прибора, ºС

Т – температура окружающей среды, ºС

α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 ºС)

λр – коэффициент теплопроводности материала радиатора, Вт/(м  ºС)

λ – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м  ºС)

с – удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кгºС)

– плотность воздуха, кг/м3

µ – динамическая вязкость воздуха, Пас

β = 1/(273+Т) – коэффициент объемного расширения воздуха, 1/ ºС

h – высота пластины радиатора, м

Nu – критерий Нуссельта

Gr – критерий Грасгофа

Pr – критерий Прандтля

b – ширина пластины радиатора, м

δ – толщины пластины, м

Тх – температура в сечении х радиатора, ºС

t – средняя температура радиатора, ºС

L – ширина радиатора, м

s – ширина межреберных зазоров, м

N – число пластин в радиаторе

p – плотность материала радиатора, кг/м3 

g = 9,81 – ускорение свободного падения, м/c2

F – общая площадь воздушного радиатора , м2 


4) Основные расчетные соотношения

По условию теплоотдачи при естественной конвекции:

Коэффициент теплоотдачи зависит от теплофизических свойств воздуха, его режима движения  и геометрии омываемой поверхности.

Для вертикальной пластины справедливо критериальное соотношение:

  

Здесь индексы «ж» и «с» обозначают что теплофизические свойства определяются по температуре жидкости (Т) и средней температуры стенки радиатора (t). Индекс «h» означает, что в качестве характерного размера выступает высота пластины.

Оптимальная величина зазора между пластинами s, при котором отдаваемая мощность воздуху максимальна, определяется из условия:

  

Здесь при расчете критерия Gr в качестве характерного размера будет стоять s. А теплофизические свойства воздуха определяются по средней температуре радиатора (t)


5) Тип проектируемого радиатора

Рис.2. Геометрия радиатора

В качестве материала используется Al (Алюминий) с λр = 205 Вт/(м  ºС). При ширине радиатора L число пластин N:


6) Соотношения для расчета средней температуры

радиатора

Рис.3. Передача тепла по ребру радиатора

При числе пластин в радиаторе N, каждая из них рассеивает мощность

Q1 = Q/N; Поверхностная плотность рассеиваемой мощности на ребре

q1 = Q/2bhN;

Поскольку мощность распространяется от основания ребра к его концу, то при подходе к сечению х часть её рассеется и составит:

Оставшаяся часть мощности пройдёт через сечение ребра толщиной dx

Записывая для этой мощности закон теплопроводности в сечении х, получаем:

Проинтегрируем в соответствующих пределах:

Отсюда температура в сечении х:

При  х = b температура на конце радиатора составит:

Здесь температура в основании ребра Tк принимается равной температуре корпуса транзистора.

7) Теплофизические свойства воздуха

Зависимость плотности от температуры

T,ºC

0

20

40

60

80

100

ρ,

1,293

1,205

1,128

1,060

1,000

0,946

Зависимость теплопроводности от температуры

T,ºC

0

20

40

60

80

100

λ,

2,4410-2

1,5910-2

2,7610-2

2,910-2

3,0510-2

3,2110-2

 

Зависимость удельной теплоемкости от температуры

T,ºC

0

20

40

60

80

100

с,

1005

1006

1007

1007

1008

1009

Зависимость динамической вязкости от температуры

T,ºC

0

20

40

60

80

100

µ,

17,210-6

18,110-6

19,110-6

20,110-6

21,110-6

21,910-6

Зависимость коэффициента объемного расширения от температуры

T,ºC

0

20

40

60

80

100

β,

3,66310-3

3,41310-3

3,19510-3

3,00310-3

2,83310-3

2,68110-3

8) Расчёт геометрических размеров радиатора

С целью придания радиатору компактной формы впишем его размеры в куб с ребром, равным h. В этом случае, принимаем b=h;  L=h. Соответственно число ребер в радиаторе составит . Площадь радиатора будет равна:

здесь толщина ребра δ вначале задаётся произвольно. Согласно уравнению (3) при заданной высоте ребра h величина межреберных зазоров определяется из соотношения:

При расчёте зазора s учитываем, что ребро разогрето не равномерно, следовательно теплофизические свойства воздуха принимаются при средней температуре радиатора, которое на ∆Т, ºС ниже температуры Тк (корпуса транзистора). Её значение определяется из выражения:

Т задаётся произвольно.

Расчёт коэффициента теплоотдачи производиться с помощью соотношения (2), откуда α равна:

Критерий Prc рассчитывать при средней температуре радиатора.

По формуле (1) рассчитывается рассеиваемая мощность   

Задаваясь последовательно различными значениями высоты радиатора h, строится зависимость рассеиваемой мощности от высоты.

По мощности, рассеиваемой транзистором из графика определяем требуемую высоту пластины h, площадь радиатора F, число пластин N и зазор между ними s.

Затем принимая во внимание, что средняя температура ребра на ∆Т, ºС ниже температуры Тк , по ф. (5) подбираем соответствующую ей толщину ребра:

По найденному значению δ1 уточняем ширину радиатора:

9) Последовательность расчёта

Присваиваем выражения для зависимостей теплофизических свойств воздуха от температуры.

Присваиваем рабочие значения температур:

Tк = 90ºС ;

T = 40ºС ;

Присваиваем значения констант:

g = 9,81;  λр = 205;

Задаёмся разностью температур между корпусом транзистора и средней температурой радиатора:

Т = 3ºС

Присваиваем среднюю температуру радиатора:

;

Задаёмся высотой радиатора h и толщиной радиатора δ:

h = 79 мм              δ = 2,8 мм

Присваиваем выражение для определения межреберного зазора s:

Присваиваем выражение для площади радиатора:

Присваиваем выражение для теплоотдачи:

Присваиваем выражение для рассеиваемой мощности:

Присваиваем выражение для уточнённой толщины ребра δ1:

В итоге получаем:

Q = 51,5 Вт

F = 11,3104 мм2

N = 9

α = 9,677 Вт/(м2 ºС)

s = 6,64 мм

δ1 = 2.3 мм

L = 75 мм

10) Выводы

По результатам расчёта радиатора транзистора ГТ701А, рассеивающего мощность 50 Вт при температуре окружающей среды Т = 40 ºС и температуре корпуса радиатора Тк = 90 ºС, сводится к следующему: площадь радиатора    F  = 11,3104 мм2, высота пластин h = 79 мм, ширина радиатора L = 75 мм, толщина пластин δ = 2.3 мм, ширина межреберных зазоров s = 6,64 мм.

Конструкция радиатора, спроектированная по этим данным представлена на рис. 4.

Рис.4. Общий вид радиатора с транзистором

Рязань 2012


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81414. Основные аспекты взаимосвязи социологии и социальной работы 36.7 KB
  Изучая тему студент должен исходить из тесной взаимосвязи социологии и социальной работы в теоретическом учебнообразовательном и прикладном аспектах. В подготовке специалистов по соцработе социология занимает одно из ведущих мест Универсальный многопрофильный характер социальной работы сближает ее прежде всего с социологией. Речь идет о близости объектов и предметов социологии и социальной работы.
81415. Социологическое знание в социальной работе. Категории индивид, личность, группа, общность, общество. Понятия «социальный факт», «социальная реальность» и «социальное действие» 37.24 KB
  Социологические исследования в социальной работе выполняют многообразные функции. Социологические методы и техника изучения проблем социальной работы выполняют двоякую функцию расширения и углубления социологического и социального образования в целом и получения важной первичной социальной информации без чего невозможны анализ практической социальной работы накопление опыта его обобщения и в целом повышение ее эффективности. Влияние социологии на социальную работу: использование результатов изучения социологами социальной структуры...
81416. Социологические проблемы социального взаимодействия в социальной работе. Понятия: социальная структура, социальные изменения, конфликты интересов основных социальных групп 37.54 KB
  Понятия: социальная структура социальные изменения конфликты интересов основных социальных групп. Социальные изменения представляют собой смену состояний свойств и связей социальных систем. В соответствии со строением и главной характеристикой любой системы можно выделить следующие виды изменений вообще и социальных изменений в частности: Содержательные изменения Под содержанием в науке понимают совокупность элементов системы поэтому здесь речь идет об изменении элементов системы их возникновении исчезновении или изменении ими своих...
81417. Социология в теории социальной работы наука об обществе как целостной системе и об отдельных социаль 34.67 KB
  Социология в теории социальной работы наука об обществе как целостной системе и об отдельных социальных институтах рассматриваемых в их связи с общественным целым. Влияние социологии на социальную работу: использование результатов изучения социологами социальной структуры общества и других фундаментальных проблем социологического знания и практической деятельности применение этих данных в подготовке и переподготовке социальных работников анализ самой социальной работы сточки зрения участия в ней разных групп социальных работников...
81418. Социологические парадигмы в анализе социальной работы 38.2 KB
  Парадигма социальных фактов связана с именем Э. Парадигма понимания или социологии действия связана с именами М. Парадигма социального поведения представлена социальным бихевиоризмом Б. Парадигма социальноисторического детерминизма связана с именами К.
81419. Структурно-функциональные социологические парадигмы в анализе социальной работы 35.85 KB
  Основное внимание социологов данного направления сосредотачивается на исследовании того какой вклад различные части общества структуры вносят в интеграцию целостного социальной системы. Конфликтная модель общества Р. В результате обострение противоречий внутри общества может быть обусловлено рядом причин: диспропорция в распределении власти и отсутствие свободных каналов перераспределения власти. Суть его концепции в следующем: ав каждый момент общество переживает социальный конфликт социальный конфликт вездесущ; б любое общество...
81420. Парадигмы социального поведения при анализе социальной работы 39.02 KB
  Для социального бихевиоризма Скиннера сформировавшегося под влиянием воззрений представителей ортодоксального неопозитивизма и отчасти утилитаризма характерно отождествление механизмов коллективного поведения животных и людей которое рассматривается...
81421. Основные социологические теории и возможность их применения для анализа социальной работы 37.06 KB
  Понимание познание социального действия через его субъективный смысл который вкладывает в данное действие сам субъект. Суть использования понимания состоит в том чтобы поставить себя в положение других людей для того чтобы увидеть какое именно значение они придают своим действиям или каким целям по своему убеждению служат. Исследование значений человеческих поступков это в какойто степени просто развитие наших повседневных попыток понять действия множества различных окружающих нас людей. Действие которое соотносится с действиями...
81422. Конформация пептидных цепей в белках (вторичная и третичная структуры). Слабые внутримолекулярные взаимодействия в пептидной цепи; дисульфидные связи 108.54 KB
  Слабые внутримолекулярные взаимодействия в пептидной цепи; дисульфидные связи. βлисты складчатые слои несколько зигзагообразных полипептидных цепей в которых водородные связи образуются между относительно удалёнными друг от друга 0347 нм на аминокислотный остаток в первичной структуре аминокислотами или разными цепями белка а не близко расположенными как имеет место в αспирали. Стабильность вторичной структуры обеспечивается в основном водородными связями определенный вклад вносят и главновалентные связи пептидные и...