9.2. Рекомендации по конструированию радиаторов

1. Материал радиатора выбирается из конструктивных соображений, его теплопроводность существенной роли не играет.

2. Толщина ребер выбирается в пределах мм.

3. Высоту ребер не рекомендуется выбирать больше 40 мм. Обычно принимается =15…30 мм.

4. Межреберное расстояние должно быть больше двух приграничных: , где.

5. Толщина основания берется в пределах = 3…5 мм.

6. Коэффициент оребрения поверхности не рекомендуется брать больше 8. В большинстве случаев принимается =5…6.

7. Поверхность радиаторов следует покрывать материалом с большим коэффициентом черноты.

9.3. Проектирование и расчет радиаторов

При проектировании радиаторов могут встретиться две задачи:

-при заданной мощности рассеиваемой поверхностью за счёт оребрения необходимо снизить его температуру до некоторого допустимого значения;

-при неизменной температуре поверхности за счет ее оребрения необходимо в заданное число раз увеличить рассеиваемую мощность.

В практике наиболее часто встречается первая задача. Используя основные закономерности теплообмена оребренных поверхностей, рассмотрим эту задачу на примере расчёта плоского односторонне-оребренного радиатора для полупроводникового прибора.

Пусть известны тип полупроводникового прибора (ППП), мощность, рассеиваемая им, и температура среды. Требуется рассчитать радиатор: размеры основанияи, количество ребер, их высотутолщину, расстояние между ними- при которых температураp-nпереходабудет меньше.

Рис. 9.3.7. Тепловая схема полупроводникового прибора с теплоотводом

Тепловая схема ППП с теплоотводом (радиатором) представлена на рис. 9.3.7.

На рис. 9.3.7. обозначено: - температурыперехода, корпуса ППП, радиатора под основанием ППП, среднеповерхностная температура радиатора;,,,,- тепловые сопротивления переход – корпус, корпус – радиатор, радиатора, радиатор – среда, корпус – среда.

Поскольку, то тепловой энергией, рассеиваемой непосредственно корпусом ППП, пренебрегают.

Расчет выполняется в следующей последовательности.

1. По заданной мощности определяется допустимая температура радиатора под основанием ППП.

Допустимая температура перехода и тепловое сопротивление берутся из справочной литературы для данного типа ППП; тепловое сопротивлениезависит от чистоты обработки поверхности, наличия теплопроводящей смазки, прокладок, усилия прижимающего ППП к радиатору, и берется в пределах 0,1…1,0 К/Вт (без смазки и прокладок в пределах 0,3…0,5 К/Вт ).

Если пренебречь утечкой тепловой мощности через сопротивление , температура под основанием ППП будет равна.

2. Находится допустимый среднеповерхностный перегрев радиатора , где- коэффициент, учитывающий неравномерность температурного поля радиатора, в первом приближении принимается равным 0,8…0,9.

3. Определяется тепловое сопротивление радиатор - среда, при котором температура перехода не будет превосходить предельно – допустимую, .

4. Определяется площадь поверхности радиатора из выражения , откуда.

В первом приближении коэффициент теплоотдачи радиатора принимается равным = 6…8.

5. Задавшись коэффициентом оребрения , находится площадь основания радиатора с односторонним оребрением из выражения

.

Для радиатора с двусторонним оребрением площадь основания будет равна .

6. Находятся размеры основания ;, здесь- отношение сторон, которым задаются из конструктивных соображений.

7. Рассчитывается количество ребер и межрёберное расстояние из выражений (9.3.6) и (9.3.7), задавшись высотойи толщиной ребра

,.

Толщина основания радиатора (рис. 9.3.1,а) задается в пределах 3…5 мм.

Таким образом, выявлены все геометрические параметры радиатора.

Материал радиатора выбирается из конструктивных соображений. Наибольшее применение находит дюралюминий и медь. Покрытие радиатора, кроме антикоррозионных и декоративных функций, должно обеспечивать наибольшую степень черноты поверхности.

Поскольку при расчете величинами изадались, то в дальнейшем следует уточнить их значение, для чего необходимо:

8. Для среднеповерхностной температуры радиатора, рассчитанной в п. 2, находятся коэффициенты теплоотдачи -ых поверхностей и эффективный коэффициент радиатора первого приближения.

9. Рассчитываются коэффициенты и:

и,

где - радиус основания ППП;- коэффициент теплопроводность материала радиатора.

По графику [8] находится уточненное значение.

10. В соответствии с п.2 и 8 уточняется и, после чего уточняются геометрические параметры радиатора в соответствии с п.п. 3.7.

В заключение строится тепловая характеристика ППП с теплоотводом , где –p-nпереход, корпус, радиатор.

По тепловой характеристике для заданной мощности находится температура перехода ППП, установленного на радиаторе, которая сравнивается с предельно-допустимой и должна быть меньше её.