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

48 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

59448. Сценарій концерту, присвячений Дню Вчителя: Учителю, ти є і будеш вічно! 50 KB
  Всім у цей день веселитись Сміятись співати на жарт не скупитись. Хай кращою буде учительська Доля Щоб добре вам всім працювалось у школі Рятує хай ангел-спаситель всіх вас Щасливі й здорові були щоб весь час.
59449. Cценарій: Ні наркотикам! 45 KB
  Мета. Пропагувати здоровий спосіб життя. Викликати в учнів негативне ставлення до наркоманії, до вживання наркотиків, які завдають великої шкоди здоровю людини.
59450. Cценарій: Світова Велич Шевченка (Брейн-ринг) 61.5 KB
  Талант Шевченка його допитливість незвичайна любов до всього рідного до свого пригнобленого народу до своєї культури що перебувала тоді в московському ярмі а також освіта начитаність праця над собою все це було ґрунтом для появи геніальних його творів.
59451. А щоб краща була в мене хата... (З історії української хати) 95.5 KB
  Обладнання: Ілюстрації картин з інтер’єрами та елементами хати фотографі записи пісень про хату. Збудуй хати збудуй хату з лободи Збудуй хату з лободи з лободи з лободи А в чужую не веди не веди. З хати пішли в світ такі велетні як Тарас Шевченко.
59452. Відкритий позакласний захід: “Знай і умій” (деревообробка) 67.5 KB
  Обладнання та інструменти: Вивіска €œЗнай і умій рекламні щити від спонсорів емблема конкурсу додатки до кожної з вікторин набори букв насіння і плоди дикоростучих дерев деревний матеріал пластилін столярні інструменти різні ребус...
59453. Устами вдячно притулюсь до материнської руки 92 KB
  Перша мати Непорочна як лілея біла Із дитятком немовлятком Пречистая Діва. Друга мати це найкраща на світі країна Земля наша наша славна ненька Україна Третя мати що ж про неї гарного сказати Це ласкава люба мила рідна моя мати...
59454. Музи генія (літературно-музична композиція про Т.Г.Шевченка) 78 KB
  Шевченко: А я так мало небагато Благав у Бога тілько хату Одну хатиночку в гаю Та дві тополі коло неї Та безталанную мою Мою Оксаночку щоб з нею Удвох дивитися з гори На Дніпр широкий на яри Та на лани золото полі Та на високії могили; Дивитись думати гадать Колито їх понасипали...
59455. Cценарій “Лисичка –сестричка” (Висміювання підступності, нечесності. Розвиток вміння емоційно зображати характери) 70.5 KB
  На фоні поля віддаляючись від зображення села з’являється Лисичка з курочкою під пахвою тривожна музика. Украла собі Лисичка-сестричка курочку та й біжить. Лисичка: Добрий вечір люди добрі Привітно помахала хвостиком.
59456. Виховний захід: Державні та народні символи України 56.5 KB
  Мета. Ознайомити дітей з національними та народними символами України; формувати національну свідомість школярів; виховувати почуття любові до своєї землі.