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

80496. Господарство та економічна думка суспільства Європейської цивілізації в період Середньовіччя ( V – XV ст.) 63.5 KB
  Загальна характеристика господарства Європи в V XV ст. Особливості розвитку сільського господарства. Загальна характеристика господарства Європи в V XV ст. Господарство Середньовіччя характеризується такими загальними ознаками: панування приватної власності основою якої була земля у формі феода умовнослужбове спадкове надання що дало назву системі господарства; монополія феодалів на землю яка виявлялася в принципі Немає землі без сеньйора умовний характер ієрархічна структура земельної власності що ґрунтувалася на васальних...
80497. Формування передумов ринкової економіки в країнах Європейської цивілізації (XVI – перша половина XVII ст.) 54.5 KB
  Основні аспекти розвитку господарства країн Західної Європи. Особливості економічного розвитку країн Центральної ПівденноСхідної і Східної Європи. Основні аспекти розвитку господарства країн Західної Європи Протягом 1618 ст. В економічному розвитку Західної Європи велику роль відіграли географічні відкриття кінця ХV початку XVI ст.
80498. Розвиток ринкового господарства в період становлення національних держав (друга половина XVII - перша половина XIX ст.) 113.5 KB
  Петті не був послідовним у своїй теорії трудової вартості. Звідси він змішує абстрактну працю як джерело вартості з конкретною працею як джерелом споживної вартості. Дійсно у створенні споживної вартості беруть участь і праця і земля: Труд батько багатства земля його мати . Але джерелом вартості згідно з теорією трудової вартості може бути тільки праця.
80499. Ринкове господарство країн Європейської цивілізації в період монополістичної конкуренції (друга половина XIX - початок ХХ ст.) 128 KB
  Основним його змістом були структурні зрушення в національних господарствах окремих країн внаслідок яких зявились нові й модернізувалися старі галузі виробництва змінювалась їхня роль в економіці. Почалася електрифікація виробництва транспорту побуту. Зростання продуктивних сил виникнення нових капіталомістких технологій вимагали значного укрупнення виробництва і великих капіталовкладень. Посилився процес концентрації виробництва і централізації капіталу.
80500. Предмет і методи історії економіки та економічної думки 57.5 KB
  Предмет і методи історії економіки та економічної думки 1. Предмет історії економіки та економічної думки. Періодизація історії економіки та економічної думки. Предмет історії економіки та економічної думки Економічне життя суспільства є надзвичайно багатогранним.
80501. Господарство первісного суспільства та його еволюція на етапі ранніх цивілізацій 74 KB
  Кожному із цих етапів світової історії були притаманні певні риси особливості здобутки матеріальної культури заняття та знаряддя праці. Для нього були характерними примітивні знаряддя праці збиральництво мисливство рибальство як основні види господарювання що свідчило про привласнювальний характер цієї епохи. У мезоліті середньому кам\'яному віці вдосконалювалися знаряддя праці первісних людей. Визначальними рисами міднобронзового віку були існування відтворюючого господарства швидкий розвиток орного землеробства тваринництва...
80502. Особливості господарського розвитку та економічної думки періоду формування світових цивілізацій (VІІІ ст. до н.е. – V ст. н.е.) 57 KB
  Особливості господарського розвитку та економічної думки періоду формування світових цивілізацій VІІІ ст. Це виявилося в економічному розвитку Греції і Риму. прогрес у землеробстві привів до відокремлення ремесла від сільського господарства й розвитку торгівлі між окремими районами Греції. Господарство Спарти було відсталим грошовий обмін не набув розвитку.
80503. Розроблення інвестиційної стратегії підприємства 199 KB
  Поняття інвестиційної стратегії її звязок із загальною стратегією економічного розвитку підприємства порядок розроблення. Принципи і послідовність розробки інвестиційної стратегії підприємств. Основні підходи до обґрунтування стратегічних цілей напрямів та форм інвестиційної діяльності.
80504. Управління фінансовими інвестиціями підприємства 140.5 KB
  Учасники ринку цінних паперів та їх функції. Ринок цінних паперів. Порядок формування портфеля цінних паперів. Боргові цінні папери формують кредитнопозикові відносини власника та емітента цінних паперів і характеризуються чіткою прогнозованістю інвестиційного доходу розмір якого можна визначити в будьякий момент їх обертання.