§ 3. ИГОЛЬЧАТЫЕ РАДИАТОРНЫЕ СИСТЕМЫ

Одно из достоинств термоэлектрических охлаждающих приборов — это возможность создания сосредоточенных термобатарей, в которых отдельные термоэлементы расположены близко

друг к другу. Однако сосредоточение термоэлементов на небольшой площади термобатереи требует создания со стороны горячих спаев эффективных компактных поверхностей теплообмена.

Использование радиаторов с естественно-конвекционным теплообменом из-за низких значений коэффициента теплообмена не позволяет создать компактную конструкцию системы теплоотвода. Радиаторные системы с принудительным обдувом позволяют получить коэффициенты теплообмена в 8—10 раз большие, чем в системах с естественной конвекцией.

Известно, что для этих систем коэффициент теплообмена пластинчатых ребер зависит от скорости газового потока и геометрии взаимного расположения радиаторных пластин. При этом уменьшение ширины пластины в направлении потока обдувающего воздуха приводит к увеличению коэффициента теплообмена. Однако значительное уменьшение ширины радиаторной пластины при данной ее толщине приводит к возрастанию перепада температур по высоте ребра, что при интенсивной теплоотдаче практически полностью аннулирует выигрыш в увеличении коэффициента теплообмена.

Эффективность теплоотдачи радиаторной пластины, обдуваемой воздухом, может быть в значительной степени повышена, если пластина имеет большое теплопроводящее сечение по отношению к ее периметру. Ребром подобного типа является игла. Такие радиаторные системы называются игольчатыми.

Был проведен ряд экспериментов по исследованию коэффициента теплоотдачи игольчатых радиаторных систем, работающих в условиях естественной конвекции. В результате этих работ было установлено, что для системы игл, расположенных в шахматном порядке, турбулиэация воздушного потока в радиаторной системе резко увеличивает ее аэродинамическое сопротивление. В то же время заметное увеличение коэффициента теплоотдачи наступает при скорости потока воздуха что соответствует числу Рейнольдса При требуемом перепаде температур между радиатором и окружающей средой в 4—5° такие скорости воздушного потока не могут быть обеспечены в условиях естественной конвекции.

При принудительном обдуве игольчатой системы радиаторов коэффициент их теплоотдачи может быть значительно повышен и может достигнуть значений час град.

Рассмотрим в общих чертах работу игольчатой радиаторной системы, обдуваемой потоком воздуха. Обдув одиночной иглы круглого сечения при характеризуется спокойным обтеканием иглы потоком. При начинается заметное возмущение потока в кормовой части иглы, а при эта форма возмущения получает свое полное развитие. С увеличением турбулизации воздушного потока вблизи иглы возрастает коэффициент теплообмена между иглой и движущимся воздухом. С

возрастанием величины увеличивается сопротивление радиатора потоку воздуха. Весьма важным является взаимное расположение отдельных игл в радиаторе. При коридорном расположении игл поток воздуха имеет ламинарный характер и коэффициент теплоотдачи увеличивается незначительно

При шахматном расположении игл воздушный поток оказывается сильно турбулиэованным, что приводит к резкому увеличению коэффициента теплоотдачи.

Следует отметить, что коэффициент теплоотдачи имеет различное значение по окружности цилиндра, образующего радиаторную иглу.

Рис. 40. Зависимость теплоотдачи иглы от угла между направлением воздушного потока и местом теплосъема.

На рис. 40 приведена зависимость интенсивности теплоотдачи по окружности иглы, обдуваемой потоком воздуха, для двух значений числа Рейнольдса: (кривая 1) и (кривая 2). Из хода кривых видно, что для эффективной работы игольчатого радиатора необходимо выбирать соответствующее направление потока воздуха, обдувающего иглы. Оптимальные параметры игольчатой радиаторной системы с иглами, расположенными в шахматном порядке, будут при следующем их расположении:

где — продольный шаг системы игл; поперечный шаг системы игл; диаметр иглы.

Рис. 41. Зависимость истинного коэффициента теплоотдачи (а) от приведенного коэффициента

Эти условия относятся к скоростям воздушного потока, при которых

Аналитическое определение численного значения коэффициента теплоотдачи игольчатых радиаторных систем является довольно сложной теплотехнической задачей. Однако в первом приближении для оценки значения этого коэффициента можно воспользоваться соотношением

где приведенный коэффициент теплоотдачи, учитывающий сопротивление теплопереходу по массе и поверхности игольчатой системы; количество тепла, переданное радиаторной системе от термобатареи разность между средней температурой иглы и температурой окружающей среды; суммарная поверхность всех игл радиатора,

Для определения истинного значения коэффициента теплоотдачи а можно воспользоваться графиком, ивображенным на рис. 41, где приведена зависимость

Следует отметить, что соотношение для определения приведенного коэффициента теплоотдачи является сугубо приближенным, справедливым при предположении, что скорость обдува радиаторной системы соответствует числам Рейнольдса, лежащим в пределах