Регулируемый стабилизатор напряжения с "резисторным теплоотводом"

курсовая работа

3.10 Тепловые воздействия и расчет тепловых режимов ЭВС

Для расчета теплового режима ЭС существует множество методик обладающих различной степенью точности, трудоемкостью. Наиболее распространенная - схематизация процессов теплообмена. Сущность этого метода состоит в том, что несущую с установленными элементами принимают за одно тело с изотермической поверхностью, для которой и производится расчет теплового режима.

Методика расчёта теплового режима блока ЭВА с естественным воздушным охлаждением.

Исходными данными для расчёта являются:

мощность, рассеиваемая в блоке, Р (Вт) ;

давление окружающей среды Н (Па);

температура окружающей среды Т (град. С);

размеры корпуса блока для горизонтальной ориентации плат длина L1(м), ширина L2 (м),высота L3 (м);

для вертикальной ориентации плат-размер, вдоль которого располагаются платы L1 (м); высота L2 (м); размер, перпендикулярно которому располагаются платы L3 (м);

коэффициент заполнения К ;

количество перфорационных отверстий N;

вид отверстий и размеры для прямоугольных и щелевых :L4 (м), L5 (м)-размеры сторон прямоугольника,

для круглых: диаметр отверстия D(м).

При проектировании конструкции и вводе исходных данных нужно учитывать расстояние между платами в блоке.

Если расстояние между платами меньше или равно 2-3мм, движение воздуха в каналах практически прекращается, при этом температурные поля соседних плат оказывают существенное влияние друг на друга, вследствие чего неравномерность температурного поля нагретой зоны очень велика.

Если расстояние между платами 2-7мм, в каналах наблюдаются восходящие взаимовлияющие потоки нагретого воздуха, при этом неравномерность температурного поля может достигать 30% (около 2 мм между платами).

Если расстояние между платами 10-12 мм и более, то взаимодействие температурных полей соседних плат незначительное. Величина средней температуры нагретой зоны имеет различие по температурному полю менее 10%.

В расчёте в следующем порядке определяются: поверхность корпуса блока.

Определяем средний перегрев нагретой зоны.

Исходными данными для проведения последующего расчета являются:

коэффициент заполнения по объему 0,6;

суммарная мощность, рассеиваемая в блоке, Вт 0,5;

давление окружающей среды, кПа 86,6;

давление внутри корпуса, кПа 86,6;

габаритные размеры корпуса, м 0,085x0,065x0,55;

Средний перегрев нагретой зоны герметичного корпуса блока с естественным воздушным охлаждением определяется по следующей методике:

Рассчитывается поверхность корпуса блока:

Sk= 2 [ L1 L2 + ( L1 + L2 ) L3 ] (25)

где L1, L2 - горизонтальные размеры корпуса, м;

L3- вертикальный размер, м.

Для разрабатываемой конструкции блока L1 = 0,085м, L2= 0,065м,

L3 = 0,065м. Подставив данные в (25), получим:

Sk = 2·[0,085·0,065+(0,085+0,065)·0,065]=0,03055м2.

Определяется условная поверхность нагретой зоны:

Sз = 2 [ L1L2 + ( L1 + L2 ) L3 Кз] (26)

где КЗ- коэффициент заполнения корпуса по объему. В данном случае

КЗ = 0,6. Подставляя значение КЗв (26), получим:

Sз = 2·0,085·0,065+(0,085+0,065)·0,065·0,6=0,02275м2.

Определяется удельная мощность корпуса блока:

Qk = P / Sk (27)

где Р - мощность, рассеиваемая в блоке, Р = 0,5 Вт.

Тогда:

Qk = 0,5/0,03055= 16,37Вт/м2.

Определяется удельная мощность нагретой зоны:

Qз = P / Sз (28)

Qз = 0,5 / 0,02275= 21,98 Вт/м2.

Находится коэффициент Q1 в зависимости от удельной мощности корпуса блока формула (29):

Q1 = 0,1472 Qk- 0,2962 10 -3 Qk2 + 0,3127 10 -6Qk3 (29)

Q1 = 0,1472 16,37- 0,2962 10 -3 16,372 + 0,3127 10 -616,373 = 2,33

Находится коэффициент Q2 в зависимости от удельной мощности нагретой зоны формула (30):

Q2 = 0,1390 Qз- 0,1223 10 -3 Qз2 + 0,0698 10 -6 Qз3 (30)

Q2 = 0,1390 30,12 - 0,1223 10 -3 30,122 + 0,0698 10 -630,123 = 2,99

Определяется коэффициент КН1 в зависимости от давления среды вне корпуса блока:

KH1 = 0,82 + 1 / (0,925 + 4,6 10-5H1) (31)

где Н1 - давление окружающей среды в Па. В нашем случае Н1=86,6кПа. Подставив значение Н1 в (30), получим:

KH1 = 0,82 + 1 / (0,925 + 4,6 10-5 86,6 103) = 1,003

Определяется коэффициент КН2 в зависимости от давления среды внутри корпуса блока:

KH2 = 0,8 + 1 / (1,25 + 3,8 10-5H2) (32)

где Н2 - давление внутри корпуса в Па.

В нашем случае Н21=86,6кПа. Тогда:

KH2 = 0,8 + 1 / (1,25 + 3,8 10-5 86,6 103) = 1,02

Рассчитывается перегрев корпуса блока:

Qk = Q1 KH1 (33)

Qк= 2,33 · 1,003 = 2,33

10. Рассчитывается перегрев нагретой зоны:

Qз = Qk +(Q2 - Q1 ) KH2 (34)

Qз= 2,33 + (2,99 - 2,33) · 1,02 =3,00

11. Определяется средний перегрев воздуха в блоке:

Qв = (Qк+ Qз) 0,5 (35)

Qв= 0,5 · (2,33 + 3,00) = 2,66

12. Определяется удельная мощность элемента:

Qэл = Pэл / Sэл (36)

где Рэл мощность, рассеиваемая элементом (узлом), температуру которого требуется определить, Вт

Sэл площадь поверхности элемента, омываемая воздухом, см.кв

Наименее теплостойкий элемент базового модуля резистор. Для него Рэл= 0,15 Вт, Sэл = 0,63см.кв.

Qэл = 0,15 / 0,63 = 0,24

13. Определяется перегрев поверхности элементов:

Qэл=Qз(0,75+0,25*Qэл/Qз), (37)

Qэл=3,00*(0,75+0,25*0,24/3,00)=2,31;

14. Определяется перегрев среды, окружающей элемент:

Qэс= Qв (0,75 + 0,25 Qэл / Qз ) (38)

Qэс= 2,66*(0,75 + 0,25*2,31/ 3,00) = 2,50;

15. Определяется температура корпуса блока:

Тк = Qк + Тс (39)

где Тс температура среды, окружающей блок.

Тк= 2,33 + 20 = 22,330C

16. Определяется температура нагретой зоны:

Тз = Qз + Тс (40)

Тз= 3,00 + 20 = 23,000C

17. Определяется температура поверхности элемента:

Тэл = Qэл + Тс (41)

Тэл = 2,31 + 20 = 22,31 0C

18. Определяется средняя температура воздуха в блоке:

Тв = Qв + Тс (42)

Тв= 2,66 + 20 = 22,660C

19. Определяется температура среды, окружающей элемент:

Тэс = Qэс + Тс (43)

Тэс = 2,50 + 20 = 22,500C

Исходя из расчета можно сделать вывод, что даже при критических температурных воздействиях и рабочих режимах аппаратура сохраняет свою работоспособность - прибор удовлетворяет требованиям, поставленным в техническом задании.

Делись добром ;)