Радиоэлектроника

Тепло и массообмен в РЭА с перфорированным корпусом


                            СОДЕРЖАНИЕ



       Введение .................................................…………………………

       1. Анализ исходных данных .................................. ……………..
       2. Расчет тепловых режимов аппарата ......................…………..
       2.1. Вычисление геометрических параметров ................………
       2.2. Определение объемного и массового расхода воздуха ...…
       2.3. Проводимость между воздухом внутри аппарата
           и окружающей средой .................................………………..
       2.4. Определение тепловых коэффициентов ..................……….
       2.5. Определение перегревов и температур нагретой зоны
              и корпуса аппарата……………………………………………
       Заключение…………………………………………………………
             Список используемых источников
..........................……………..



                                  ВВЕДЕНИЕ


            Большинство радиотехнических устройств, потребляя  от

   источников питания мощность,  измеряемую  десятками,  а  иногда  и
   сотнями ватт,  отдают полезной нагрузке от десятых долей до единиц
   ватт. Остальная  электрическая  энергия,  подводимая  к  аппарату,
   превращаясь в  тепловую,  выделяется внутри аппарата.  Температура
   нагрева аппарата оказывается выше температуры окружающей среды,  в
   результате чего  происходит  процесс  отдачи  теплоты в окружающее
   пространство. Этот  процесс  идет  тем  интенсивнее,  чем   больше
   разность температур аппарата и окружающей среды.
       Специалисты в   области   создания   новых  радиоэлектронных
   аппаратов знают,  что  расчеты теплового режима аппаратов столь же
   необходимы, как и расчеты,  связанные с функциональным назначением
   их.
       Интуитивные  методы  проектирования  РЭС  и  в  частности  реализация
   нормального  теплового  режима  складывались  годами.  Такой  подход   в
   настоящее  время  оказывается  не  в  состоянии   обеспечить   выбор   в
   исключительно сжатые сроки безошибочных, близких к оптимальным решений.
   Известно, что надежность элементов  радиоэлектронной  аппаратуры  сильно
зависит от  температуры  окружающей  среды.  Для  каждого  типа  элемента  в
технических условиях  указывается  предельная  температура,  при  превышении
которой элемент нельзя эксплуатировать.  Поэтому  одна  из  важнейших  задач
конструктора радиоэлектронной аппаратуры состоит  в  том,  чтобы  обеспечить
правильные тепловые режимы для каждого элемента.
       Целью данной курсовой работы  является  получение  навыков  теплового
   расчета на примере аппарата с перфорированным корпусом.


                     1. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ


    Дан аппарат с перфорированным корпусом. Размеры корпуса: L1 = 500 мм;
L2 = 300 мм; L3 = 490 мм. Размеры шасси: l1 = 480 мм; l2 = 200 мм; h = 120
мм.  Перфорационные отверстия расположены по бокам корпуса по 12 с каждой
стороны. Перфорационное отверстие показано на рисунке:


                                   [pic]


                     Рисунок 1. Перфорационное отверстие

       Размеры отверстия: высота 10 мм, длина ( без полукругов ) 45 мм.
   Температура окружающей среды tc = 26 оС. Мощность источников теплоты в
   аппарате Ф = 100 Вт. Внутренние поверхности аппарата покрыты эмалевой
   краской, коэффициент заполнения Кз = 32%.



                     2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ АППАРАТА

                  2.1. Вычисление геометрических параметров

       2.1.1. Среднее расстояние между отверстиями для подвода-отвода
             воздуха.
       Используя исходные данные, получим:
       hср = 100 + 150 + 100/3 ~ 117 мм = 0,117 м.

       2.1.2. Суммарная площадь перфорационных отверстий.
       Используя исходные    данные     находим    площадь    одного
   перфорационного отверстия:
       Ап = 45(10 + pR2 = 450 + 3,14(52 = 528,5 мм2 ( 5,3(10-4 м2.
       Используя исходные данные, определяем:
       Авх = Авых = 12(5,3(10-4 = 6,36(10-3 м2.

       2.1.3. Площадь поверхности корпуса.
       Ак = 2(L1L3 + L2L3 + L1L2);      (1)
       Подставляя известные величины в формулу (1), получим
       Ак = 2(0,5(0,49 + 0,3(0,49 + 0,5(0,3) = 1,08 м2.

       2.1.4.  Площадь  поверхности  омываемых  воздухом  деталей  и   шасси
             (нагретой зоны).
       Ав = 2(l1h + l2h + l1l2);  (2)
       Подставив известные величины в (2), имеем
       Ав = 2(0,48(0,12 + 0,2(0,12 + 0,48(0,2) = 0,36 м2.

       2.1.5. Площадь поперечного сечения порожнего аппарата, свободная  для
             прохода воздуха:
       Аап = L1L3 - l1h;     (3)
       Используя исходные данные, из (3) получим:
       Аап = 0,5(0,49 - 0,48(0,12 = 0,19 м2.

           2.2. Определение объемного и массового расхода воздуха
       Выделяемая деталями РЭС тепловая энергия передается конвекцией
воздуху, омывающему  их  поверхности,  а  излучением  - внутренней
поверхности корпуса. В результате нагревания воздуха его плотность
уменьшается по   сравнению  с  плотностью  воздуха  вне  аппарата,
появляется разность давлений и воздух через верхние отверстия  или жалюзи в
 корпусе  выходит  из аппарата,  а на его место поступает холодный воздух
через нижние отверстия в корпусе. В установившемся режиме перепад
давлений,  вызванный  самотягой,  уравновешивается гидравлическими потерями
на всех участках РЭС.

        2.2.1. Определим среднюю площадь поперечного сечения аппарата,
свободную для прохода воздуха: Аср = Аап(1 - Кз);  (4)

       На основании исходных данных и данных, полученных в результате
вычисления, из формулы (4) следует, что

       Аср = 0,19(1 - 0,32) = 0,13 м2.

       2.2.2. Определим гидравлическое сопротивление.
       Для типичных РЭС, среднеобъемная температура воздуха которых t  ~  40
   oC, а температура среды ~ 24 оС, была  проведена  оценка  гидравлических
   сопротивлений [1] и получена приближенная формула:

             [pic]           (5)

       Подставляя в формулу (5) полученные в результате расчета по  п.2.1  и
   п.2.2.1 данные, получим:

     [pic]



       2.2.3. Массовый расход воздуха:
       Массовый расход воздуха определим по приближенной формуле (6),
   полученной в результате экспериментальных данных [1]:
                    ((((
       G = 1,36( h/R  ;      (6)

       Подставив известные величины, получим:

                              (((((((((((((
       G = 1,36( 0,117/6,677104 = 1,8(10-3 кг/с.

                   2.2.4. Объемный расход воздуха
       Объемный расход воздуха найдем по формуле (7):

       GV = G/r,
       (7)

          где r = 1,28 кг/м2 определен для t = 40 oC из таблицы А3 [1].
       Таким образом : GV = 1,8(10-3/1,28 = 1,41(10-3 м3/с = 1,41 л/с.

           2.3. Проводимость между воздухом внутри аппарата и окружающей
                       средой
       Определяется по формуле (8):

       W = 103(G;                                                        (8)

       в формулу (8) полученный в п.2.2.3 массовый расход воздуха,  получим:
   Подставляя получаем :   W = 103(1,8(10-3 = 1,8 Вт/К.

               2.4. Определение тепловых коэффициентов
       Для определения температур в аппарате со свободной вентиляцией
   следует использовать уравнения (9):


         [pic]                               (9)


       Параметры А1, А3, F1, F3 имеют следующую структуру:

         [pic]                            (10)

       Параметры B и D, входящие в формулы (10), можно определить так:

         [pic];                    (11)
         [pic];             (12)

       Анализ  экспериментальных  данных  [1]  показал,  что  при  свободной
   вентиляции РЭС значения  коэффициентов  конвективной  теплоотдачи  между
   зоной и воздухом, корпусом и воздухом  внутри  аппарата  примерно  равны
   a12к = a23к = 6 Вт/(м2(К), тогда

   (12к =  6А1,  (23к =  6А3,  а (3с =  9А3.  Подставляя  в   (10)
   приближенные значения проводимостей, получим уравнения (13):

                              [pic]       (13)

       В нашем случае А1 = Ав; А3 = Ак. Подставляя известные величины в
   уравнения (13), получим:


                                    [pic]


       Определим тепловые коэффициенты:



       [pic]

            [pic]



         2.5. Определение перегревов и температур нагретой зоны и корпуса
                        аппарата

         2.5.1. Средний поверхностный перегрев нагретой зоны Определим по
       формуле (14):
       q1 = F1Ф; (14)
       Подставляя известные величины, получим
       q1 = 0,137100 = 13 К.

         2.5.2. Средний поверхностный перегрев корпуса аппарата Определим по
       формуле (15):
       q3 = F3Ф; (15)
       Подставляя известные величины, получим

        q3 = 0,047100 = 4 К.



                  2.5.3. Средняя температура нагретой зоны
       Определим по формуле (16):
       t1 = tc + q1;                                             (16)
       Подставив известные величины в (16), получим t1 = 26 + 13 = 39 оС.

             2.5.4. Средняя температура корпуса аппарата Определим по
       формуле (17):
       t3 = tc + q3;                                             (17)
       Подставив известные величины в (17), получим
        t3 = 26 + 4 = 30 оС.

       На основании данных,  полученных  в  п.2.5,  строим  график  тепловых
   характеристик корпуса и нагретой зоны аппарата.


                                 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

         В данной курсовой  работе  был  проведен  расчет  тепловых  режимов
аппарата с  перфорированным  корпусом  для  получения  практических  навыков
тепловых  расчетов  радиоэлектронных  устройств,  так  как  для  обеспечения
стабильной и безотказной работы в течении всего  срока  эксплуатации  любого
радиоэлектронного устройства требуется правильно обеспечить  тепловой  режим
работы электронных компонентов данного аппарата.
         В результате расчета были определены:
         - средний поверхностный перегрев нагретой зоны;
         - средний поверхностный перегрев корпуса аппарата;
         - средняя температура нагретой зоны;
         - средняя температура корпуса аппарата;
         - массовый расход воздуха через аппарат;
         - объемный расход воздуха.



                       СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

       1. Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре.  -
         М.: Высшая школа, 1984 г.
       2. Фрумкин Г.Д.  Расчет и конструирование  радиоаппаратуры.  -
         М.: Высшая школа, 1989 г.
       3.   Гелль   П.П.,    Иванов-Есипович    Н.К.    Конструирование    и
         микроминиатюризация    радиоэлектронной    аппаратуры.    -    Л.:
         Энергоатомиздат, 1984 г.
       4. Стандарт  предприятия.  Проекты  (работы)  дипломные  и  курсовые.
         Правила оформления. - Тамбов: ТГТУ, 1997 г.




смотреть на рефераты похожие на "Тепло и массообмен в РЭА с перфорированным корпусом"