Самостійна робота №16

ВАРІАНТ 30

Спеціальність 5.02.02.04.01 «Музичне мистецтво» Семестр ІV

Навчальна дисципліна Історія України

Затверджено на засіданні циклової комісії суспільно-філологічних дисциплін

Протокол № 7 від " 30 " квітня 2013 року

Голова циклової комісії ____________________ Концевич О.В.

Екзаменатор ___________________ Галів М.В.

Тема: „ Методи розрахунку теплових режимів".

Коефіцієнтний метод розрахунку теплових режимів.

Щоб скористатися формулою (16.19), необхідно знати числові значення коефіцієнтів теплообміну, що часто бувають невідомі для складних по конфігурації конструкцій, що зустрічаються в радіоелектронній апаратурі. Тому в практиці конструювання для розрахунків теплових режимів часто використовують наближені коефіцієнтні методи розрахунку, що дозволяють швидко і з прийнятною погрішністю (порядку 25-30 %) визначити среднеповерховый перегрівши нагрітої зони апарата.

Сутність цього методу полягає в тому, що шукану температуру перегріву представляють у виді добутку:

де ∆t - шукана среднеповерхностная температура перегріву нагрітої зони; ∆ t _p - базовий перегрів, обумовленою потужністю, що приходиться на одиницю поверхні нагрітої зони, °С; k1 k2,..., kn - коефіцієнти, що враховують різні фактори, що впливають на умови теплообміну, причому кожен коефіцієнт залежить тільки від одного параметра.

Для різних, що часто зустрічаються на практиці випадків заздалегідь розраховані графіки, по яких можна визначити усі вхідні в (16.20) співмножники. Деякі з цих графіків приведені на мал. 16.10.

Визначення розмірів і параметрів нагрітої зони. Для спрощеної теплової моделі, коли обчислюється среднеповерхностная температура нагрітої зони, визначити її еквівалентні розміри можна по наступним формулах.

Обсяг апарата (м3)

де L1 і L2 - розміри нижньої стінки корпуса апарата, м; h - висота корпуса, м (мал. 16.11, а-г).

Обсяг деталей V_Д дорівнює сумі обсягу шасі й обсягів усіх деталей, установлених на ньому.

Для апарата касетної конструкції обсяг деталей дорівнює сумі обсягів усіх плат і всіх деталей, установлених на них.

Коефіцієнт заповнення обсягу апарата

Приведений розмір підстави нагрітої зони

Приведена висота нагрітої зони

Приведена висота повітряного зазору (м) (див. мал. 16.11) між нагрітою зоною і кожухом

Геометричний фактор

де lпp визначено формулою (16.23). Поверхня корпуса апарата

де всі розміри (у м) показані на мал. 16.11.

Приведену поверхню нагрітої зони можна обчислити по формулі

Питома поверхнева потужність корпуса і нагрітої зони може бути обчислена по формулах

де Р - потужність, виділювана в чи корпусі нагрітій зоні, Вт; S - поверхня, м2.

У залежності від орієнтації шасі в кожусі будемо розрізняти нагріту зону з горизонтальної і вертикальний ориентациями.

Для апаратів касетної конструкції орієнтацію нагрітої зони вважають вертикальної, якщо в зазорах між касетами існує теплоперенос за рахунок конвективних потоків повітря. Варто враховувати, що навіть при вертикальному розташуванні зазору конвективний теплоперенос фактично отсутствует, якщо виконується хоча б одне з трьох перерахованих далі умов: а) середній зазор між поверхнею деталей і площиною сусідньої касети не перевищує 2-3 мм; б) тиск усередині апарата менш 10 мм рт. ст.; в) апарат знаходиться в умовах невагомості.

Тому при дотриманні перерахованих умов орієнтацію нагрітої зони для апаратів касетної конструкції варто умовно вважати горизонтальної.

Для розрахунку среднеповерхностной температури касет в апаратах з вертикальною орієнтацією нагрітої зони необхідно ввести додаткові геометричні характеристики (вихідні дані зазначені на мал. 16.11).

Поверхня нагрітої зони, що складає з декількох касет:

де Lx, Ly, Lz виражені в м; Sз1 - у м2.

Приведена висота деталей, розміщених на касеті:

де Vд - сума обсягів усіх деталей, розташованих на касеті, м3.

Приведена товщина касети:

де б - товщина друкованої плати, на якій закріплені деталі, м.

Приведена товщина (м) зазору між касетами:

де b - відстань між друкованими платами, м.

Площа (м2) поверхонь касет, звернених друг до друга:

де т -число касет.

Площа поверхонь плат, що випромінюють променеву енергію убік кожуха;

де т - число касет.

Розрахунок середньої поверхневої температури корпуса апарата. Середня поверхнева температура корпуса апарата t може бути знайдена по формулі

где t_окр — температура окружающей среды, °С; ∆ t_K — среднеповерхностный перегрев корпуса (°С), который можно найти по формуле

У формулі (16.38) базовий перегрів ∆_tр залежить від питомої потужності Р_уд.до, а коефіцієнти до залежать відповідно від площі поверхні корпуса апарата SK, температури навколишнього середовища t0Kh, ступеня відносної чорності поверхні е_п і тиску повітря Н. На мал. 16.10 приведені графіки, що дозволяють знайти усі вхідні в (16.38) співмножники для тиску повітря 400-1500 мм рт. ст. і його температури від 0 до 60 °С.

Розрахунок среднеповерхностной температури нагрітої зони. Среднеповерхностную температуру нагрітої зони можна обчислити по формулі

де t - середня температура корпуса, град [див. (16.37)]; ∆t3 - перевищення середньої температури нагрітої зони над температурою корпуса, °С;

Параметри lпр, k3, kr, en визначені формулами (16.23), (16.22), (16.26), (16.18).

Висота корпуса h і тиск повітря Н повинні бути відомі конструктору; t - середня температура корпуса, у який поміщений апарат [див. (16.37)]; ∆tpз залежить від Руд. Відповідні коефіцієнти і ∆tр.э можна знайти по графіках мал. 16.10, що справедливі для тисків 400-1500 мм рт. ст.

Наближена оцінка среднеповерхностной температури корпуса і среднеповерхностной температури касет для апаратури з вертикальною орієнтацією нагрітої зони.

1. Кожух з ущільненням. Оцінка зазначених параметрів може бути зроблена з погрішністю порядку ±40 % по приведеним далі формулах.

Середній перегрів корпуса в порівнянні з температурою навколишнього середовища (°С)

де Р - виділювана в апараті потужність, Вт; SК - площа поверхні корпуса, м2 [див. (16.27)].

Середній перегрів поверхні касет над температурою навколишнього середовища (°С)

Вхідні в ці формули параметри SK, S31, S32, S33 і bпр визначені формулами (16.27), (16.31), (16.35), (16.36) і (16.34).

2. Кожух з перфорациями. Для обліку впливу перфораций на температуру перегріву варто обчислити коефіцієнт перфорації

де So - сумарна площа отворів у дні кожуха, м2 (передбачається, що площа отворів у дні і кришці однакова); L1 і L2 - розміри дна апарата, м.

Після цього за графіком мал. 16.12 можна знайти коефіцієнт а.

Среднеповерхностная температура перегріву з урахуванням впливу перфорації

де ∆tкас - среднеповерхностная температура касет, знайдена по (16.42).

Обчислене по приведених формулах значення перегріву характеризує середню температуру нагрітої зони, але никоим образом не характеризує температуру в будь-якій її крапці.

У радіотехнічних пристроях теплова енергія виділяється в окремих вузлах і приладах, таких, як радіолампи, мотори, трансформатори, резистори, напівпровідникові прилади, мікросхеми і т.д.

Через те, що зазначені елементи розміщені по обсязі апарата нерівномірно, в окремих його крапках виходить концентрація теплової енергії, супроводжувана місцевими підвищеннями температури. При цьому у важких температурних умовах можуть виявитися як самі джерела нагрівання, так і інші вузли, і прилади, розташовані в безпосередній близькості.

Конструктор зобов'язаний ужити заходів до того, щоб температура нагрівання для будь-якого елемента не перевищувала припустимих значень. При рішенні цієї задачі приходиться йти по двох шляхах: зниження загальної (середньої) температури нагрівання апарата і відвід теплоти від окремих найбільш нагрітих ділянок обсягу.

Для охолодження апарата випливає в першу чергу інтенсифікувати процес радіації за рахунок фарбування як внутрішньої, так і зовнішньої поверхні футляра темними фарбами, що мають матову чи шорсткувату поверхню.

Інтенсифікація як радіації, так і конвекції може бути досягнута при деякім збільшенні обсягу апарата, якщо збільшити поверхня тепловіддачі за рахунок розміщення на футлярі ребер. Зазначені ребра потрібно виготовляти з матеріалу з гарною теплопровідністю; вони повинні мати гарний тепловий контакт із поверхнею футляра. Приклад виконання футляра з ребрами приведений на мал. 16.13, а.

Навпаки, вузли і прилади, які потрібно захистити від теплового впливу з боку сусідніх пристроїв, що нагріваються, повинні мати світлу блискучу поверхню. З метою додаткового захисту таких пристроїв можна між ними і джерелами нагрівання установити теплові екрани з гарною теплопровідністю, ретельно з'єднані із шасі і маючи гладку блискучу поверхню (наприклад, з алюмінію). Приклад виконання екрана приведений на мал. 16.14. Розташування сильне елементів, що нагріваються, по краях шасі в безпосередній близькості від стінок футляра поліпшує віддачу теплоти від цих елементів до стінок і сприяє зниженню температури усередині апарата. Біля найбільш нагрітих вузлів і приладів у шасі можна робити отвору: холодне повітря з-під шасі буде надходити до джерел теплоти і прохолоджувати їх.

Якщо постачити стінки футляра чи жалюзі отворами (див. мал. 16.13,6 і 16.14), то буде мати місце циркуляція повітря безпосередньо усередині апарата, що знизить температуру вузлів і приладів, як це випливає з (16.46). Отвору варто розташовувати в нижній і у верхньої частинах футляра апарата так, щоб висхідні потоки повітря омывали велику поверхню елементів, що нагріваються.

Охолодження відбувається тим інтенсивніше, чим більше зазор між розташованими по сусідству вузлами і приладами. При роботі апаратури на великій висоті тепловіддача за рахунок конвекції зменшується через зменшення щільності і теплоємності повітря. Варто мати на увазі, що введення чи отворів жалюзі неприпустимо в апаратурі, що працює в умовах запиленого повітря, а також, якщо усередині футляра розташовані незахищені від впливу пилу точні механізми, контакти реле, елементи схеми з високими напругами й іншими пристроями, робота яких може бути порушена пилом, що осаджується.

Якщо перераховані міри не дозволяють одержати необхідні значення температури усередині апарата, то варто збільшити його чи обсяг перейти до більш складних, але і більш ефективним системам охолодження, що були розглянуті (примусова циркуляція повітря, рідинні системи охолодження).

Велика частина теплової енергії від елементів, що нагріваються, передається шасі апарата. З метою відводу теплоти від гарячих зон конструкцію шасі варто робити максимально теплопровідною (наприклад, з алюмінію). Теплоту, що накопичується в шасі, варто відводити в навколишнє простір, для чого шасі повинне мати гарний тепловий контакт з однієї зі стінок футляра.

Якщо на передній панелі не розташовуються термочутливі елементи, то доцільно найбільше що сильно нагріваються вузли і прилади розташовувати в безпосередній близькості з її. Це створює найбільше короткий шлях для теплового потоку і зменшує поширення теплоти в інші ділянки шасі, де можуть розташовуватися термочутливі елементи.

Найбільше що інтенсивно нагріваються вузли і прилади, температуру нагрівання яких бажано знизити, повинні мати гарний тепловий контакт із шасі; вони повинні з'єднуватися із шасі пристроями з матеріалів з гарною теплопровідністю. Поверхні таких вузлів і приладів повинні бути пофарбовані темною матовою фарбою. Якщо сильно нагрівається елемент укладений в екран, то його внутрішня і зовнішня поверхні також повинні бути пофарбовані в темний колір.

Радіатори. Радіаторами називають пристрою, призначені для відводу теплоти від окремих сильно нагріваються пристроїв (звичайно напівпровідникових приладів середньої і великої потужності) у навколишнє простір.

Щоб радіатор ефективно виконував свої функції, він повинний мати наступні властивості; 1) тепловий опір у місці контактування джерела теплової енергії (наприклад, корпуса транзистора) з радіатором повинне бути мінімальним; 2) поверхня радіатора, що віддає теплоту навколишньому повітрю, повинна бути максимально можливої; 3) тепловий опір радіатора повинний бути мінімальним.

На мал. 16.15 показані три варіанти конструкції радіатора: штирькової, з ребрами у виді пластин і без ребер.

Штирьковий радіатор володіє найбільш развитою поверхнею і тому може забезпечити необхідну температуру корпуса напівпровідникового приладу (ППП) при мінімальних габаритах радіатора. Найгіршою тепловіддачею в навколишнє простір володіє радіатор без ребер; радіатор з ребрами у виді пластин займає проміжне положення між двома названими.

Щоб мати малий тепловий опір між корпусом ППП і радіатором, необхідно забезпечити велику площу зіткнення двох деталей. Тому поверхня радіатора в місці зіткнення з ППП ретельно обробляють, тому що мікронерівності поверхні різко скорочують фактичну площу теплового контакту. Іноді між двома тілами, що повинні мати гарний тепловий контакт, установлюють прокладку з м'якого і добре теплопроводящего матеріалу (наприклад, з відпаленої міді) чи вводять спеціальні теплопроводящие пасти. Для контакту без прокладок і пасти приблизно

де R1T - тепловий опір, град/Вт; SК - площа контактної поверхні двох тіл, див2.

Скориставшись формулою (16.10), можна знайти перевищення температури корпуса ППП над температурою радіатора в місці установки ППП:

де ∆tі - перевищення температури, град; Рт - виділювана в ППП потужність, Вт.

Бувають випадки, коли ППП, установлений на радіаторі, повинний бути ізольований від нього. У цьому випадку приходиться встановлювати між корпусом ППП і радіатором ізоляційні прокладки.

Приклад кріплення ППП через ізоляційну прокладку показаний на мал. 16.16.

Варто мати на увазі, що будь-яка ізоляційна прокладка збільшує тепловий опір між корпусом ППП і радіатором. Наприклад, прокладка зі слюди товщиною 0,025- 0,05 мм збільшує RT у 1,5 рази. Кращі результати дає використання прокладок з берилієвої кераміки.

Якщо схема і конструкція дозволяють, то випливає при необхідності ізолювати сам радіатор від шасі виробу, а ППП - кріпити до радіатора без ізоляційних прокладок.

Тепловий опір радіатора R2r залежить не тільки від конфігурації і розмірів, але і від конструктивного виконання.

Мають мінімальний тепловий опір, тобто найбільше ефективно відводять теплоту від корпуса ППП, радіатори, виконані з матеріалу з гарною теплопровідністю і маючи монолітною конструкцією. Тому звичайно радіатори роблять методом лиття з алюмінієвих, магнієвих і інших сплавів. Щоб теплова енергія, що віддається радіатором у навколишнє простір, не погіршувала умови роботи інших ЭРЭ, радіатори намагаються розміщати поза обсягом корпуса, на його зовнішній стінці.

Дата добавления: 2015-05-23