Глава VII. СПОСОБЫ ОТВОДА ТЕПЛА ОТ ТЕРМООХЛАЖДАЮЩИХ ПРИБОРОВ

Минимальная температура на холодных спаях термобатареи достигается, когда с горячих спаев производится отбор выделяющегося на них тепла, поэтому нормальная работа любого термоохлаждающего прибора в значительной степени зависит от эффективности системы теплоотвода. Выбор той или иной системы теплоотвода зависит от ряда факторов, обусловленных конструкцией прибора и условиями его эксплуатации.

В настоящей главе описываются некоторые способы теплоотвода, используемые в термоохлаждающих приборах, работающих как в стационарных, так и в нестационарных условиях. Здесь же рассматриваются возможные методы теплоотвода от термоохлаждающих приборов, которые по условиям эксплуатации должны работать ограниченное время в автономной аппаратуре.

§ 1. РАДИАТОРНАЯ СИСТЕМА С ЕСТЕСТВЕННОКОНВЕКЦИОННЫМ ТЕПЛООБМЕНОМ

Во многих конструкциях термоэлектрических охлаждающих приборов в качестве теплоотводящей системы используется воздушный радиатор с естественно-конвекционным теплообменом. Вопросу расчета. подобных систем посвящено много работ, однако в большинстве из них дается лишь чисто качественный расчет. Соотношениями, приведенными в этих работах, не всегда удобно пользоваться при инженерном конструировании радиаторной системы. В то же время известно, что радиаторная система, удовлетворяющая практическим требованиям, может быть рассчитана по приближенным формулам, использование которых значительно облегчает методику расчета.

Приведем расчет наиболее часто встречающейся на практике радиаторной системы с равноотстоящей системой плоских ребер. В качестве исходных данных Для расчета должны быть заданы:

1) допустимый перепад температур между радиатором и окружающим воздухом;

2) тепловая мощность, выделяемая на горячих спаях термобатареи, которую должен отвести радиатор;

3) коэффициент теплопередачи радиатор—воздух;

4) коэффициент теплопроводности материала, из которого изготовлены радиаторные пластины.

Площадь радиаторной системы с естественно-конвекционным съемом тепла может быть с достаточной степенью точности определена соотношением

где суммарная площадь всех поверхностей теплообмена радиатора, тепловая мощность, которую должен отвести радиатор от термобатареи, а — коэффициент теплопередачи радиатор—воздух час допустимый перепад температур между радиатором и окружающим воздухом.

Численное значение коэффициента теплопередачи при условии естественно-конвекционного теплообмена обычно лежит в пределах час град. Однако величина этого коэффициента зависит от ряда факторов и в первую очередь от пространственного расположения радиаторных пластин. Для вычисления численного значения величины коэффициента теплообмена для различно расположенных радиаторных систем можно пользоваться нижеприведенными соотношениями:

а) для радиатора с системой ребер, расположенных горизонтально,

б) для радиатора с системой ребер, расположенных вертикально вверх,

в) для радиатора с системой ребер, расположенных вертикально вниз,

где разность температур между радиатором и окружающей средой; высота вертикальной поверхности радиаторных пластин, наименьшая сторона горизонтальной поверхности радиаторных пластин,

Для учета конвекционного теплообмена с окружающей средой торцовых поверхностей радиаторных пластин можно пользоваться формулой

где — толщина радиаторной пластины,

При расчете эффективности воздушной радиаторной системы мы в основном принимаем во внимание коэффициент конвекционного теплообмена между поверхностью радиатора и окружающей средой. Однако в процессе теплоотвода от радиатора, помимо конвекционного теплообмена, играет роль также и теплообмен излучением. Работами . Покровской было установлено, что даже при низких температурах степень иэлучательной способности радиаторной поверхности играет довольно существенную роль в процессе теплообмена. На основании этого были сделаны выводы, что поверхность ребер воздушных радиаторных систем, работающих даже при низких температурах (20—50°), необходимо специальным образом обрабатывать для придания им максимальной иэлучательной способности.

Для учета коэффициента теплообмена между радиатором и окружающей средой за счет излучения с достаточной степенью точности можно пользоваться следующим соотношением:

Здесь средняя температура радиатора, температура окружающей среды, расстояние между ребрами, высота ребер, степень черноты ребер радиатора.

Степень черноты различных материалов, из которых могут быть изготовлены или которыми покрыты радиаторные системы, приведена в табл. 3.

Как указывалось выше, приведенные соотношения для расчета естественно-конвекционной радиаторной системы являются в значительной степени приближенно однако они позволяют производить необходимые практические расчеты с погрешностью, не превышающей 10—15%.

Если при естественно-конвекционном теплообмене коэффициент а обычно равен 3—5, то при принудительном обдуве радиаторной системы значение а возрастает до 100. В соответствии с этим в радиаторной системе с принудительным обдувом площадь радиаторных пластин может быть значительно уменьшена. Однако при конструировании радиаторных систем с принудительным теплосъемом возникает ряд дополнительных условий, которыми определяется расстояние между ребрами, высота и длина ребер, степень шероховатости, расход воздуха и ряд других величин

Таблица 3 (см. скан) Степень черноты некоторых материалов, используемых для изготовления и покрытия радиаторных систем