4.2. Радиаторы

Радиаторы, методы расчета [2], с. 75…94. Изучение этого материала следует начать с раздела 1 УМК в части путей интенсификации теплопередачи. В нем формулируются применяемость метода оребрения стенок. Далее необходимо рассмотреть две методики расчета теплового режима элементов РЭС с радиаторами. Первая методика предполагает, что конструктор правиль-но спроектировал изделие, обеспечив величину сопротивления теплового контакта между элементом и радиатором много меньше величины теплового сопротивления радиатора. Поэтому методы теплового и аэродинамического расчетов таких элементов РЭС сводятся, главным образом, к расчету ореб-ренных поверхностей. В этом случае необходимо рассмотреть математические зависимости, позволяющие провести искомый расчет. В этом расчете элемен-тов с радиаторами, как и в любых других, при расчете используется число Нуссельта, или безразмерный коэффициент теплоотдачи, а также число Грасгофа, характеризующее естественное воздушное охлаждение. Следует изучить методику расчета, которая базируется на использовании метода последовательных приближений и принципе суперпозиции температурных полей. Отличием этой методики от аналогичной для РЭС является то, что в данном случае удобнее задаваться величиной суммарного коэффициента тепло-обмена, так как вид охлаждения (естественное или принудительное воздуш-ное) известен. При расчете теплового режима РЭС удобнее задаваться темпе-ратурой кожуха, так как значение ее для конструктора определено. Следует обратить внимание на тот факт, что значение конвективного коэффициента теплоотдачи радиатора при естественном охлаждении значительно меньше зна-чения коэффициента теплоотдачи излучением. Это приводит к целесообраз-ности чернения поверхности радиатора, что приводит к увеличению конвек-тивной составляющей и общего потока отводимого тепла. С другой стороны, учитывая зависимость коэффициентов теплоотдачи от температуры, приводит к использованию метода последовательных приближений.

При принудительном воздушном охлаждении значение конвективного коэффициента теплоотдачи значительно больше значения коэффициента тепло-отдачи излучением. При этом температура воздуха на входе в радиатор практи-чески не меняется. Вместо числа Грасгофа используется число Рейнольдса, характеризующее принудительную конвекцию. В том случае, когда можно пренебречь величиной коэффициента теплоотдачи излучением, расчет можно вести, не прибегая к методу последовательных приближений.

Вторая методика учитывает величину термического сопротивления контакта и ведется на основе графоаналитического метода. При этом критерием выбора типоразмера радиатора является тот факт, что его расчетная площадь должна быть меньше выбранной по графикам.

Вопросы для самопроверки к разделу 4

1. Дайте определения понятиям: теплообменный аппарат, или тепло-обменник; рекуперативный теплообменник. Какие типы теплообменников Вы знаете?

2. В чем состоит и какова цель конструкторского и поверочного рас-четов теплообменников? Как производится выбор компактного тепло-обменника для РЭС?

3. Что такое нагнетатели, насосы, вентиляторы, компрессоры? Дайте характеристику каждому из следующих видов нагнетателей: поршневой; плас-тинчатый, или ротационный; центробежный; осевой; вихревой.

4. Как осуществляются расчет и выбор нагнетателей? Что соответствует рабочей точке?

5. Что подразумевается под охлаждением? Что относится к основным термодинамическим параметрам, характеризующим состояние рабочего тела? Что описывает уравнение Менделеева—Клапейрона?

6. Какие два состояния системы рассматриваются в термодинамике? Сформулируйте первое и второе начала термодинамики.

7. Дайте определения понятиям: процесс; цикл; термический КПД цикла; холодильный цикл; цикл Карно; хо­лодильный коэффициент; инверсионная тем­пература.

8. В чем заключается эффект дросселирования; эффект Джоуля—Томсона?

9. Что такое дроссельные микроохладители? Используя какой эффект, они работают? По каким схемам они могут работать? Какой режим работы называется рефрижераторным, а какой – ожижительным? В чем каждый из них заключается?

10. Что собой представляют компрессионные холодильные машины (КХМ)? Приведите конструкции и схемы КХМ. Чем определяется эффек-тивность цикла?

11. Как осуществляется термоэлектрическое охлаждение? Рассмотрите конструкции и схемы такого охлаждения. Что представляет собой современная термобатарея? Какие два экстремальных режима работы термоэлемента Вы знаете?

12. В чем заключаются эффекты Пельтье, Зеебека и Томсона? Что такое термоэлектрическая добротность термоэлемента?

13. Какой принцип работы вихревой трубы (ВТ)? Что называется отно-сительным расходом воздуха? Рассмотрите схему ВТ и принцип ее действия, определите ее преимущества и недостатки.

14. Как осуществляется охлаждение с помощью фазовых переходов? Каких два режима работы используются? Какие три конструктивные схемы жидкостных систем применяют? Рассмотрите конструкции таких систем и принцип их действия, их недостатки и достоинства.

15. Какой принцип действия тепловой трубы (ТТ)? Каковы основные характеристики ТТ? Какими тремя группами параметров принято харак-теризовать ТТ? Приведите примеры применения ТТ.

16. Что понимается под эффективностью ребра радиатора?

17. На сколько увеличится (уменьшится) конвективный коэффициент теплоотдачи, если радиатор из положения с вертикально расположенными ребрами перевести в горизонтальное положение с охлаждаемой поверхностью вверх?

18. Что положено в основу методики расчета теплового режима элемента с радиатором? Чем задаются: перегревом или коэффициентом теплообмена? Почему?

19. В чем отличие расчета теплового режима элемента с радиатором при принудительном воздушном охлаждении от естественного воздушного охлаждения? Назовите два наиболее существенных отличия.

20. Расскажите последовательность расчета элемента с радиатором по методике 1 и по методике 2. В чем отличия методик и как это отражается на самом расчете?