1.5. Ефективний коефіцієнт тепловіддачі радіаторів з повітряним охолодженням

Дослідження теплообміну радіаторів різних конструкцій при вільному та примусовому повітряному охолодженні дозволили побудувати наближену залежність середнього перегріву основи площею A від поверхневої густини теплового потоку q = Φ/A. На рис. 7 приведені графіки f(θ_SC, q), які дозволяють зупинитись на тому чи іншому типі радіатора за значеннями θ_SC та q.

Рис. 7. Графік залежності f(θ_SC, q) [Дульнев, 1984. С.236]

Зони а₁ - б₁, а₂ – б₂, а₃ – б₃ відповідають відповідно пластинчастим, ребристим, штирьовим радіаторам при вільній конвекції; зони а₄ – б₄, а₅ – б₅, а₆ – б₆, а₇ – б₇, а₈ – б₈ відповідають відповідно пластинчастим, ребристим, петельно-дротовим, штирьовим радіаторам з примусовим охолодженням при швидкості повітря υ = (2÷5) м/с.

Подальший підбір параметрів визначеного типу радіатора пов’язаний з певними його характеристиками: ефективний коефіцієнт тепловіддачі α_еф, теплова провідність σ_Σ, тепловий опір R_Σ. Ці параметри пов’язані з тепловим потоком Φ та середнім перегрівом радіатора θ_SC залежностями:

α_еф ∙ A = σ_Σ =  (R_Σ)^-1, (10)

Φ = σ_Σ ∙ θ_SC =  (R_Σ)^-1 ∙ θ_SC = α_еф ∙ θ_SC ∙ A, (11)

де A – площа основи радіатора.

Якщо основа радіатора прямокутна, то

, (12)

де L₁, L₂ – розміри основи.

Якщо основа радіатора кругла, то

. (13)

Формули (10) і (11) справедливі для радіаторів всіх типів (пластинчастих, ребристих, штирьових, тощо). Всі властивості процесів передачі тепла, що визначаються конструктивними особливостями радіатора, зосереджені в одній величині – ефективному коефіцієнті тепловіддачі α_еф.

Ефективний коефіцієнт тепловіддачі може бути визначений як експериментально, так і шляхом розрахунків. В основу експериментального методу покладене рівняння (10), яке дозволяє визначати значення α_еф, знаючи експериментальні значення Φ та θ_SC. Достатній об’єм експериментальних вимірів дозволив зробити певні узагальнення. На рис. 8,а зображені експериментальні залежності α_еф= f₁(θ_SC) різних типів радіаторів в умовах їх вільного охолодження. Суцільні криві 1, 2, 3, 4 відповідають штирьовим радіаторам з різним кроком S^/_ш, а штрихові криві 5, 5, 7, 8 відповідають штирьовим радіаторам з різним кроком S^//_ш. Заштриховані області 9, 10, 11 відносяться до ребристих радіаторів, у яких розмір квадратної основи міняється від 40 до 80 мм.

В таблиці 2 наведені всі типорозміри радіаторів за номерами позицій, що відповідають рис. 8,а. В таблиці даються значення висоти h, кроків S^/_ш, S^//_ш, і діаметра d штиря, товщина ребра δ₁, розміри L₁, L₂ прямокутної основи. Область 12 відноситься до групи пластинчастих радіаторів з розмірами ребра при квадратній основі від 40 до 155 мм.

На рис. 8,б наведені експериментальні залежності α_еф= f₂(υ) різних типів радіаторів в умовах вимушеного охолодження. Визначальну роль відіграє швидкість υ продуву повітря. Нумерація та вид кривих, що відповідають типу радіатора, та ж сама, що і на рис. 8,а. Типорозміри радіаторів за номерами позицій рис. 8,б також відповідають таблиці 2.

а) б)

Рис. 8. Експериментальні залежності ефективного коефіцієнта α_еф тепловіддачі радіаторів в умовах: а) вільного охолодження; б) примусового охолодження [3, С. 234]

Таблиця 2

Типорозміри радіаторів

Номера позицій радіаторів за рис. 8,а	Розміри, мм
	h	S/ш	S//ш	d	δ1	L1	L2
1	32	7	5	2.5	-	-	-
2	20	7	5	2	-	-	-
3	15	7	5	2	-	-	-
4	12.5	7	5	2	-	-	-
5	32	9	7	2.5	-	-	-
6	20	9	7	2	-	-	-
7	15	9	7	2	-	-	-
8	12.5	9	7	2	-	-	-
9	32	10	5	-	1	40-80	40-125
10	20	10	5	-	1	40-80	40-125
11	12.5	10	5	-	1	40-80	40-125