Каталог :: Радиоэлектроника

Курсовая: 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: 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 + L 1L2); (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 o C, а температура среды ~ 24 оС, была проведена оценка гидравлических сопротивлений [1] и получена приближенная формула: (5) Подставляя в формулу (5) полученные в результате расчета по п.2.1 и п.2.2.1 данные, получим: 2.2.3. Массовый расход воздуха: Массовый расход воздуха определим по приближенной формуле (6), полученной в результате экспериментальных данных [1]: ____ G = 1,36Ö h/R ; (6) Подставив известные величины, получим: _____________ G = 1,36Ö 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): (9) Параметры А1, А3, F1, F3 имеют следующую структуру: (10) Параметры B и D, входящие в формулы (10), можно определить так: ; (11) ; (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 s12к = 6А1, s23к = 6А3, а s = 9А3. Подставляя в (10) приближенные значения проводимостей, получим уравнения (13): (13) В нашем случае А1 = Ав; А3 = Ак. Подставляя известные величины в уравнения (13), получим: Определим тепловые коэффициенты: 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.