Радиаторная система охлаждения (стр. 6 )

Здесь мы рассмотрели предельные случаи, возникающие при увеличении коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха. Из рис. 3-30 и 3-31 также видно, что площадь петли давления не может возрастать безгранично. Это означает, что скорость масла не увеличивается пропорционально интенсификации охлаждения со стороны воздуха и что достигнуть скорости масла, превышающей более чем в 2,5–3 раза скорость, возникающую при естественной циркуляции, нельзя при любом улучшении наружного охлаждения. Дальнейшее улучшение теплоотдачи снаружи не может увеличить отводимые потери, так как расход масла и его скорость стремятся к своим предельным значениям.

Рис. 3-32. Диаграмма распределения температуры масла в контуре циркуляции и температуры обмотки при естественной и принудительной циркуляции воздуха.

Практически достаточно обеспечить увеличение коэффициента теплоотдачи радиатора со стороны воздуха настолько, чтобы его значение при переходе с естественной на принудительную циркуляцию воздуха возрастало в 2,3–3 раза (рис. 3-32).

Принудительная циркуляция масла

При принудительной циркуляции масла течение масла в радиаторах становится турбулентным. Коэффициент теплоотдачи со стороны масла возрастает, перепад температуры между маслом и стенкой уменьшается. Предположим, что со стороны масла и воздуха достигнуты бесконечно большие коэффициенты теплоотдачи. Тогда средняя температура масла в радиаторе будет равна сумме температуры охлаждающего воздуха и перепада температуры по толщине стенки (рис. 3-33).

Если принудительная циркуляция имеет место только в радиаторе, т. е. движение масла по обмотке происходит за счет гравитационных сил, то осевой перепад температуры масла в обмотке устанавливается самопроизвольно в зависимости от нагрузки, увеличиваясь при возрастании теплового потока и уменьшаясь при его снижении.

Рис. 3-33. Диаграмма распределения температуры масла в контуре циркуляции при бесконечно больших коэффициентах теплоотдачи со стороны масла и воздуха.

Прокачка масла с помощью насоса сопровождается уменьшением температур масла у входа в радиатор, поскольку горячее масло, выходящее из обмотки, перемешивается с более холодным маслом, выходящим m радиатора. Из соображений надежности поверхностную плотность теплового потока обмотки необходимо выбрать такой, какая допустима при естественной циркуляции, поскольку, как это уже отмечалось, осевой перепад температуры масла в обмотке устанавливается самопроизвольно в зависимости от размера нагрузки, т. е. поверхностной плотности теплового потока, и гидравлического сопротивления обмотки. Для радиаторной системы охлаждения принудительная циркуляция масла только в том случае является обоснованной, если по какой-либо причине нет возможности для подъема высоты центра охлаждения, т. е. увеличения площади петли давления. Принудительная циркуляция масла в сочетании с высоким коэффициентом теплоотдачи со стороны воздуха позволяет при неизменных потерях применить радиаторы меньшего габарита, чем без принудительной циркуляции масла.

Если по обмотке осуществить направленное принудительное движение масла, то положение существенным образом изменится. В этом случае превышение температуры обмотки установится не самопроизвольно, а в зависимости от скорости масла.

Осевой перепад температуры масла в обмотке

Выше неоднократно упоминалось о самопроизвольно устанавливающемся осевом перепаде температуры масла в обмотке. Под этим понятием подразумевается такая разность температур, которая возникает тогда, когда к обмотке присоединен контур циркуляции с гидравлическим сопротивлением, равным нулю. В действительности, возникшая при заданной реальной системе охлаждения разность температур может быть больше или меньше самопроизвольно устанавливающейся разности температур: меньше, если за счет подъема центра охлаждения увеличить площадь петли давления; больше, если достигаемое таким путем увеличение площади петли давления недостаточно для преодоления потерь давления в гидравлических сопротивлениях, находящихся за пределами обмотки. Для трансформатора с заданными геометрическими размерами, можно, изменяя поверхностную плотность теплового потока, снять зависимость при постоянном превышении средней температуры масла в радиаторе. Тангенс угла касательной к любой точке этой кривой покажет отношение приращений имеющее размерность теплового сопротивления, 0См2/Вт.

Сохранить неизменным значение превышения средней температуры масла в радиаторе можно путем регулирования обдува.

Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха при принудительной циркуляции воздуха

В уравнение (3-74) для определения коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха входят гидравлический диаметр dh и поправочный коэффициент 8г.

Для радиаторов по рис. 3-13 при обдуве снизу гидравлический диаметр м. Расчет гидравлического сопротивления для этого конкретного случая был выполнен выше. Из табл. 3-1 видно, что полученный результат может использоваться для пяти различных радиаторов, имеющих высоту: м, м, мм, м.

Отношение для пяти высот радиаторов и соответствующие им значения приведены в табл. 3-12.

Таблица 3-12

Значения коэффициента для радиаторов по табл. 3-1 для различных значений отношения высоты радиатора к гидравлическому диаметру

В табл. 3-13 приведены значения коэффициентов B1 и В2, облегчающие расчет коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха в зависимости от средней температуры воздуха:

(3-76)

(3-78)

Для радиаторов по рис. 3-13 при обдуве снизу коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха

(3-78)

Таблица 3-13

Значения коэффициентов и при различных средних температурах воздуха

где скорость воздуха в середине высоты, радиатора, т. е. средняя скорость воздуха. Зависимость коэффициента теплоотдачи от скорости воздуха для ряда постоянных значений средней температуры воздуха при приведена на рис. 3-34. Найденные по рис. 3-34 значения для заданных значений и необходимо умножить на коэффициент приведенный в табл. 3-12.

Перепад температуры между стенкой радиатора и воздухом при принудительной циркуляции воздуха

Перепад температуры между стенкой радиатора и воздухом определяется формулой (3-71):

где – коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха, определяемый по формуле (3-78).

Таблица 3-14

К расчету перепада температуры между стенкой радиатора и воздухом при обдуве снизу (данные к рис. 3-35)

Рис. 3-34. Коэффициент теплоотдачи радиатора со стороны воздуха при принудительной циркуляции воздуха.

Рис. 3-35. Зависимость теплового потока Р от перепада температуры между стенкой радиатора и воздухом при принудительной циркуляции воздуха. Вентиляторы установлены внизу под радиаторами (см. табл. 3-14).

В качестве примера для двух радиаторов с Hг=0,915 и 2,44 м рассчитана и построена в логарифмическом масштабе зависимость теплового потока от перепада температуры при двух значениях скорости ( и 2 м/с) и двух значениях средней = 10 и 1000С). Площади стороны воздуха согласно температуры воздуха (= поверхности радиаторов со формуле равны: для первого радиатора м2, для второго м2. Результаты расчета приведены на рис. 3-35, а постоянные параметры в табл. 3-14.

Нагревание воздуха при принудительной циркуляции воздуха в радиаторе

Воздух, имеющий у входа в радиатор температуру , скорость и плотность , воспринимает благодаря конвективному теплообмену тепловой поток Р, нагревается

и у выхода из радиатора имеет температуру , скорость и плотность .

Определим зависимость теплового потока Р от осевого перепада температуры воздуха в радиаторе принимая во внимание, что массовый расход воздуха в любом поперечном сечении канала между секциями остается постоянным, т. е. согласно (3-57):

Тепловой поток радиатора полностью расходуется на подогрев воздуха

(3-79)

где площадь поперечного сечения канала для потока воздуха, образованного соседними секциями и боковыми щитами.

Подставим в уравнение (3-79) численные значения величин, для чего воспользуемся выражениями (3-62) и (3-63) для и и значением м2 для радиаторов по рис. 3-13. Тогда

Если учесть, что в диапазоне температурС Дж/(кг 0С) (см. табл. 1-2), и подставить вместо величины, стоящей в квадратных скобках, это значение , то получим следующее выражение для теплового потока Р одной секции радиатора при принудительной циркуляции воздуха:

(3-79а)

Приведенные на рис. 3-36 кривые рассчитаны по формуле (3-79а) для и 2 м/с и и 400С.

3-7. Теплоотдача путем излучения

Согласно закону Стефана – Больцмана тело, имеющее термодинамическую температуру T1 и степень черноты е, излучает с единицы поверхности в окружающую среду, имеющую термодинамическую температуру Т2, поток излучения с поверхностной плотностью

(3-80)

Таблица 3-15

Значения степени черноты некоторых материалов

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8