§ 2. РАДИАТОРНАЯ СИСТЕМА С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ТЕПЛОСЪЕМОМ

Как указывалось выше (гл. I, § 3), в радиаторных системах с принудительным теплосъемом (обдувом) коэффициент теплоотдачи радиатор—воздух может достигать значения 100 и более, т. е. почти на полтора порядка больше, чем в случае естественно-конвекционного теплосъема. Однако вследствие сложности расчета радиаторных систем с принудительным теплосъемом этому вопросу практически не уделяется места ни в одном из пособий по теплотехнике и теплофизике. Мы воспользовались приводимыми ниже расчетами А. М. Рамадана, хотя они и не могут претендовать на полную математическую строгость.

В том случае, если радиаторная система через соответствующие теплопереходы припаяна к горячим коммутационным пластинам термоэлектрической батареи, то пренебрегая паразитными перепадами на теплопереходах, величина теплосъема радиатора будет определяться соотношением:

Здесь количество тепла, подлежащего сбросу радиатором;

площадь поверхности радиаторных пластин; площадь основания между ребрами; полная теплообменная площадь радиатора; средний коэффициент теплоотдачи; — температура горячего спая термобатареи; температура окружающей среды; В — коэффициент оребрения, равный частному от деления полной теплообменной поверхности радиатора на общую площадь основания радиатора; коэффициент, характеризующий геометрию мест соединения радиатора с термобатареей, определяемый как частное от деления суммарной площади горячих спаев полупроводников на суммарную площадь горячих коммутационных пластин; коэффициент, характеризующий тепловое сопротивление между горячим спаем термобатареи и основанием радиаторной системы, равный частному от деления средней температуры основания ребра на температуру горячего спая термобатареи.

Входящая в формулу (72) величина называется средней эффективностью ребер радиатора и определяется как

Здесь средняя температура ребра радиатора; средняя температура основания радиатора.

Из приведенной формулы видно, что для повышения эффективности радиатора необходимо увеличить коэффициент оребрения В, эффективность ребра и коэффициент теплоотдачи ребра

Средний коэффициент теплоотдачи радиаторной системы может быть определен по формуле

где средняя температура основания ребра; остальные величины, входящие в формулу, были объяснены выше.

Как в радиаторных системах с естественно-конвекционным теплосъемом, так и с принудительным обдувом основное сопротивление тепловому потоку от ребра в окружающую среду сосредоточено в тонком пограничном слое воздуха у стенки ребра. С уменьшением толщины этого пограничного слоя увеличивается коэффициент теплоотдачи поверхности ребра. Было установлено, что в трубчатых теплообменниках, в которых продувается воздух, коэффициент теплообмена сильно зависит от отношения длины трубы к ее диаметру С уменьшением величины этого отношения коэффициент теплоотдачи возрастает за счет того, что на внутренней поверхности короткой трубы не успевает образовываться пограничный слой воздуха значительной толщины. В связи с этим радиаторную систему с принудительным теплосъемом следует делать в виде отдельных коротких пластинчатых ребер, расположенных линейно с разрывом друг от друга. Важной

личиной, характеризующей радиаторную, систему с принудительным обдувом, является гидродинамическое сопротивление трению, которое испытывает поток воздуха, движущийся вдоль пластин радиатора. Для радиаторной системы, состоящей из линейно расположенных ребер с разрывом по длине, величина гидродинамического сопротивления определяется из формулы

Здесь перепад статического давления на входе и выходе радиатора; весовая скорость воздуха сек.), равная

где суммарная площадь проходного сечения радиатора, массовый расход воздуха,

Зависимость величины среднего коэффициента теплообмена от весовой скорости воздуха, определенная для радиатора с линейно расположенными ребрами с разрывом, приведена на рис. (кривая 1). Для сравнения на этом же графике приведена кривая (2), снятая на радиаторе с линейно расположенными ребрами без разрыва. Геометрические размеры используемых радиаторов следующие.

(см. скан)

Из рис. 38 видно, что средний коэффициент теплоотдачи у ребер с разрывом почти в два раза больше, чем у радиаторов без разрыва пластин. Экспериментально было также установлено, что величина разрыва не сильно влияет на эффективность радиатора.

Падение статического давления в зависимости от весовой скорости воздуха представлено на рис. 39. Кривая 1 соответствует радиаторной системе без разрыва, а кривая 2 — радиатору с разрывом. Параметры исследованных радиаторов те же, что и приведенные выше. Из этого рисунка видно, что падение статического давления в радиаторе с разрывом значительно выше, чем в

радиаторе без разрыва. Этого, кстати, следовало ожидать, так как в радиаторной системе с разрывами турбулизация воздушного потока значительно больше, чем в радиаторе со сплошными ребрами. Отсюда естественным является и большой коэффициент трения у радиатора с разрывом по сравнению со сплошным. Было также установлено, что величина коэффициента трения обратно пропорциональна отношению радиатора.

Рис. 38. Зависимость среднего коэффициента теплообмена от весовой скорости воздуха продуваемого через радиатор.

Рис. 39. Падение статического давления воздуха, проходящего через радиатор в зависимости от весовой скорости

Изменение длины разрыва между ребрами незначительно изменяет коэффициент трения.

На основании изложенного можно сделать следующие предварительные выводы.

1. В случае использования радиатора с линейным расположением пластин вдоль пластин следует делать разрывы, величина которых определяется конструкцией термобатареи и габаритами радиатора, но размеры этих разрывов должны лежать в пределах

2. Если позволяет конструкция термобатереи, радиаторная пластина должна быть выполнена таким образом, чтобы ее основание являлось одновременно коммутационной пластиной термоэлемента.

3. Геометрические размеры радиатора должны быть таковы, чтобы отношение лежало в пределах 2—5.