Теплоотвод конвекцией

Перенос теплоты конвекцией связан с движением жидкой или газообразной среды, соприкасающейся с твердым телом (элементом конструкции). Тепловая энергия передается при конвекции как между твердым телом и средой, так и в самой среде. Конвекция называется естественной, если она осуществляется при свободном движении среды за счет разности плотностей холодной и горячей ее областей, и принудительной, если движение среды происходит за счет внешних сил (вентилятора, насоса) (рис. 3.11).

а	б
Рис. 3.11. Естественное (а) и принудительное (б) воздушное охлаждение САУ ЛА

В невесомости естественная конвекция отсутствует. Конвекционный теплообмен может быть усилен поглощением теплоты при испарении (парообразовании). Выражение (3.2) для определения теплового потока при конвекции (P_к) имеет вид

P_к = k_к · S · Δt,

где k_к – коэффициент теплоотдачи конвекцией от ФЭ в окружающую среду, Вт/(м² · ⁰C). Значения k_к сложным образом зависят от многих факторов: формы поверхности, ее ориентации, скорости движения среды, ее вязкости, плотности, характера движения (ламинарное или турбулентное) и т.д. Примерные значения k_к для некоторых видов конвективного охлаждения приведены в таблице 3.

Значения коэффициентов теплопередачи k_к,Вт/(м² · ⁰C)

Таблица 3.2

Охлаждающая среда, процесс	Движение среды
	свободное	вынужденное
Газ Вязкая жидкость (масла) Вода Кипящая вода Конденсация капель водяного пара Конденсация паров органических жидкостей	2...10 200...300 200...600 500...40000 1000...100000 200...2000	10...100 300...1000 1000...3000 500...40000 1000...100000 200...2000

Системы воздушного конвективного теплообмена (естественного или принудительного) используются в большинстве наземных. Эффективность естественного воздушного охлаждения повышается с использованием теплообменников с развитой поверхностью, называемых радиаторами (рис. 3.12).

Для принудительного воздушного охлаждения обычно используют малогабаритные осевые вентиляторы (одиночные или объединяемые в блоки).

Применение воздушного охлаждения в бортовых САУ ЛА ограничено понижением плотности воздуха с ростом высоты и значительными габаритами радиаторов и вентиляторов. Поэтому для бортовых САУ ЛА чаще используют жидкостные замкнутые СОТР (рис. 3.13). В качестве жидких теплоносителей в них используют воду, аммиак, спирты, этиленгликоль и др. Эти же жидкости обычно применяют и в испарительно-конденсационных СОТР.

Рис. 3.12. Радиаторы воздушного охлаждения: а – пластинчатый; б – игольчатый	Рис. 3.13. Система жидкостного охлаждения оснований двух блоков: 1 – охлаждаемые основания; 2 – система трубопроводов; 3 – воздушно-жидкостный радиатор с вентилятором; 4 – бак-накопитель жидкости; 5 - насос

Одной из наиболее эффективных испарительно-онденсационных систем являются теплоотводящие устройства, называемые тепло­выми трубами и работающие по принципу замкнутого испарительно-конденсационного цикла, основанного на испарении жид­кости в зоне подвода теплоты, передаче теплоты с потоком пара, конденсации пара в зоне отвода теплоты и возвращении жидкости в зону подвода теплоты за счет капиллярных или гравитационных сил. Тепловая труба (рис. 3.14) представляет замкнутую вакуумированную камеру, внутренняя поверхность которой облицована капиллярной структурой (фитилем), запол­ненной конденсатом рабочей жидкости. В качестве фитиля могут использоваться ткани, керамика или тканная стальная сетка. Коэффициент теплопроводности тепловых труб на 1-2 порядка превышает теплопроводность меди.

Рис. 3.14. Тепловая трубка: 1 – корпус трубки; 2 – капиллярно-пористый материал; 3 – паровой канал; 4 – площадка для охлаждаемого узла; 5 – радиатор охлаждения