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

47 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

60814. Зимние праздники 45.5 KB
  Цель урока: Формирование у учащихся более полного представления о народной праздничной культуре русского народа. Задачи: 1. Обобщить полученные знания по русским зимним праздникам.
60815. Музыка осени 161 KB
  Уметь: Умение откликаться на музыку различного характера и различать его; умение воспринимать выразительные средства музыки. Прогнозируемые результаты: эмоциональный отклик на музыку осени осмысленно владеть способами певческой деятельности...
60816. Великий Кобзар. Д. Красицький «Тарас Шевченко». Урок з читання 98 KB
  Мета: розширити знання учнів про життя і творчість Т. Г. Шевченка; удосконалювати навички правильного, виразного, швидкого читання; збагачувати словниковий запас учнів; розвивати мовлення, критичне мислення, творчі здібності дітей; сприяти національному вихованню учнів.
60817. Моя мережа: Інтернет очима дітей 6.56 MB
  Задачі проекту навчальні розвиваючі виховні Поглибити знання учнів про можливості об’єднання різнотипної інформації в одному електронному документі за допомогою засобів мультимедіа. Мотивація діяльності учнів.
60819. Навчання читання на уроках англійської мови в початковій школі 236 KB
  Необхідно приділяти особливу увагу навчанню молодших школярів таких видів мовленнєвої діяльності як читання аудіювання говоріння. Читання іноземною мовою як вид мовленнєвої діяльності...