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

84200. БОЛЕЗНИ ПОЧЕК. ГЛОМЕРУЛОПАТИИ 25.2 KB
  Патологическая анатомия Острый гломерулонефрит Хронический гломерулонефрит Нефротический синдром Фокальный сегментарный гломерулярный склероз Болезни почек при которых наблюдаются протеинурия спайки и гипертрофия сердца были объединены в начале XIX в. В настоящее время выделяют 2 нефролопатии или группы заболеваний почек гломерулои тубулопатии. Особую группу составляют пороки развития почек прежде всего политестеоз опухоли почек.
84201. БОЛЕЗНИ ПОЧЕК. АМИЛОИДОЗ ПОЧЕК. ТУБУЛОПАТИИ 23.58 KB
  В латентной стадии внешне почки изменены мало хотя в пирамидах сосочках обнаруживается склероз и амилоидоз по ходу прямых сосудов и собирательных трубок. В протеинурической стадии амилоидоз появляется в пирамидах и в клубочках в виде небольших отложений в мезонгии и отдельных капиллярных петлях в артериалах. В нефротические стадии количество амилоида увеличивается. В азотенической уремической стадии в связи с нарастающим амилоидозом и склерозом наблюдаются гибель нефронов их атрофия замещение соединительной тканью.
84202. БОЛЕЗНИ ПОЛОВЫХ ОРГАНОВ И ГРУДНЫХ ЖЕЛЕЗ 26.74 KB
  К ним относятся модулярная гиперплазия и аденома предстательной железы железистая гипоплация слизистой оболочки матки эндоцервикоз аденоматоз и полипы шейки матки доброкачественная дисплазия молочной железы. Модулярная гиперплазия и аденома предстательной железы наблюдается у 95 мужчин старше 70 лет. Мышечнофиброзная появлением значительного числа гладкомышечных волокон среди которых обнаруживаются атрофичные железистые элементы дольчатость железы нарушается.
84203. ПАТОЛОГИЯ БЕРЕМЕННОСТИ И ПОСЛЕРОДОВОГО ПЕРИОДА 26 KB
  К паталогии беременности относят: гестоз; внематочную беременность; самопроизвольный аборт; преждевременные роды; в пузырный занос. Экламксия среди проявлений токсикоза беременных наиболее клинически значима и опасна развивается во второй половине беременности реже в родах и послеродовом периоде. Развитие внематочной беременности связано с теми изменениями маточных труб которые препятствуют продвижению по ним оплодотворенного яйца хроническое воспаление врожденные аномалии опухоль.
84204. ПОНЯТИЕ ОБ ИНФЕКЦИОННЫХ БОЛЕЗНЯХ. МЕСТНЫЕ И ОБЩИЕ РЕАКЦИИ ПРИ ИНФЕКЦИЯХ. СЕПСИС 26.41 KB
  В таких случаях говорят об экзогенной инфекции. Однако заражение может быть эндогенным тогда и речь идет об эндогенной инфекции или аутоинфекции. Для инфекционных заболеваний характерен ряд общих признаков: каждое инфекционное заболевание имеет своего возбудителя который выявляется в крови или экскрементах больного; возбудитель инфекционной болезни имеет входные ворота характерные для каждой инфекции; при инфекционной болезни наблюдается образование первичного аффекта очага который обычно появляется во входных воротах. Сепсис ...
84205. КИШЕЧНЫЕ ИНФЕКЦИИ. ХОЛЕРА. САЛЬМОНЕЛЛЕЗЫ 23.78 KB
  САЛЬМОНЕЛЛЕЗЫ Холера Сальмонеллезы Холера острое инфекционное заболевание с преимущественным поражением желудка и тонкой кишки. В тонкой кишке отмечаются резкое полнокровие отек некроз и слущивание энтелиальных клеток ворсин инфильтрация слизистой лимфоцитами нейтрофилии очаги кровоизлияний. Между петлями тонкой кишки обнаруживается прозрачная липкая тянущаяся в виде нитей слизь. Септическая форма отличается от интерстициальной тем что при незначительно выраженных изменениях в тонкой кишке гесперемия отек гиперплазия лимфатического...
84206. КИШЕЧНЫЕ ИНФЕКЦИИ. ДИЗЕНТЕРИЯ. БРЮШНОЙ ТИФ 24.46 KB
  БРЮШНОЙ ТИФ Дизентерия Амебиаз брюшной тиф Дизентерия острое кишечное инфекционное заболевание с преимущественным поражением толстой кишки и явлениями интоксикации. Местные изменения развиваются в слизистой толстой кишки прямой и сигмовидной. Стадия катарального колита 2 3 дня характеризуется гиперемией и набуханием слизистой кишки в которой встречаются поверхностные участки некроза и кровоизлияния. Просвет кишки в связи со спазмом мышечного слоя сужен.
84207. БОЛЕЗНИ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ. БРОНХОПНЕВМОНИЯ 24.31 KB
  БРОНХОПНЕВМОНИЯ Болезни органов дыхания. Аэродинамическая фильтрация Бронхопневмония Болезни органов дыхания отмечаются многообразием клини коморфологических проявлений. Бронхопневмония воспаление легких развивающееся в связи с бронхитом или бронхиолитом. Бронхопневмония возникает гематогенным путем.
84208. БОЛЕЗНИ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ. КРУПОЗНАЯ ПНЕВМОНИЯ. РАК ЛЕГКОГО 25.98 KB
  РАК ЛЕГКОГО Крупозная пневмония Рак легкого Крупозная пневмония инфекционноаллергическое острое заболевание при котором поражается одна или несколько долей легкого в альвеолах выявляется фибринозный экссудат а на плевре фибринозные наложения. Ткань легкого темнокрасная приобретает плотность печени. Ретонарные лимфоузлы в отношении пораженной доли легкого увеличены полнокровны. Доля легкого в этой стадии увеличена плотная тяжелая на плевре значительные фиброзные наложения.