На какое тепловое сопротивление влияет цвет охладителя

На какое тепловое сопротивление влияет цвет охладителя

Текущее время: Пн фев 05, 2024 04:14:06

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Запрошенной темы не существует.

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
Русская поддержка phpBB
Extended by Karma MOD © 2007—2012 m157y
Extended by Topic Tags MOD © 2012 m157y

Работоспособность сайта проверена в браузерах:
IE8.0, Opera 9.0, Netscape Navigator 7.0, Mozilla Firefox 5.0
Адаптирован для работы при разрешениях экрана от 1280х1024 и выше.
При меньших разрешениях возможно появление горизонтальной прокрутки.
По всем вопросам обращайтесь к Коту: kot@radiokot.ru
©2005-2024

Радиатор

В предыдущем эпизоде вы познакомились с основными тепловыми параметрами транзисторов. Обе эти характеристики, как и использующих их формулы очень просты. В общем, оказалось, однако, что это дело достаточно простое только для транзисторов малой мощности. В случае транзисторов большой мощности (уже выше 1Вт), нужно учитывать не только свойства транзистора, но самое главное — радиатора.

Начнем с основ. В предыдущем разделе мы узнали новый параметр Rthja — активное термическое сопротивление между переходом и окружающей средой (измеряется без радиатора). В случае использования мощных транзисторов, с теплоотводом, мы имеет дело с потоком тепла между переходом и окружающей средой. По-прежнему интересует нас общее тепловое сопротивление Rthja (но оно уже не из справочника для транзистора без теплоотвода). Проблема в том, что теперь сопротивление Rthja будет зависеть от используемого радиатора. Мы должны также учитывать неидеальный контакт корпуса транзистора с теплоотводом. В результате общие сопротивление Rthja между кристаллом и окружающей средой будет состоять из трех отдельных тепловых сопротивлений:
— Rthjc (переход-корпус)
— Rthcr (корпус-радиатор)
— Rthra (радиатор-окражающая среда)

Тепло из кремниевой структуры должно пройти сначала корпус, а затем радиатор и далее рассеяться в окружающей среде. По дороге оно должно найти место соприкосновения корпуса с теплоотводом. Контакт из-за микроскопических неровности обоих поверхностей не идеальный, и здесь также есть тепловое сопротивление.

В соответствии с рисунком 59a, общее тепловое сопротивление между переходом и окружающей средой, мы можем представить как последовательное соединение трех указанных сопротивления. Изображено это на рисунке 59с. Во время работы транзистора тепло, выделившиеся на переходе уходит в окружающую среду. В соответствии с прежней аналогий распределение температур напоминает распределение напряжений на последовательно включенных резисторах. Это иллюстрирует рисунок 59c.

Тепловое сопротивление между переходом и поверхностью корпуса данного транзистор (Rthjc), указывается в справочнике. Для лучших транзисторов и интегральных схем, оно составляет 0,8. 1K/Вт. Для обычных транзисторов в корпусах TO-220 обычно составляет 1. 3 К/Вт. Больше значение имеют только транзисторы старого типа.

Сопротивление Rthcr составляет примерно 1K/Вт если просто транзистор прикрутить к радиатору, и примерно 0,1. 0,2К/ВТ при применение пасты (силиконовой) хорошо проводящей тепло или силиконовой (похожих на резиновую) прокладки. Паста и тонкие прокладки уменьшают тепловое сопротивление соединения, потому что заполняют микроскопические неровности на поверхности радиатора и транзистора (изображенные на рисунке 59a при большом увеличении). Но внимание! Не надо тут путать слюдяные прокладки с силиконовыми. Самым молодым читателям следует помнить, что слюда минерал с очень хорошими свойствами с точки зрения электрической изоляции. Слюду легко разделить на тонкие слои — ломтики. Вы легко резать ножом и аккуратно сверлить в ней отверстия. Тонкий, прозрачный кусок слюды эффективно изолирует транзистор от радиатора с электрической точки зрения (гальванически), и при этом в меру хорошо проводит тепло. Но, к сожалению, в случае применения слюдяной прокладки (даже помазанной термопастой), сопротивление Rthcr значительно увеличивается, до 1. 2K/В.

Силиконовые прокладки, похожие на резиновые, также могут гальванически изолировать транзистор от радиатора, и имеют очень хорошие тепловые свойства, т.е. небольшое термическое сопротивление. Сопротивление это, в зависимости от толщины, может составлять 0,1. 1K/В. Силиконовые прокладки, не должны использоваться многократно, — раз использованная прокладка должна быть заменена в случае замены транзистора.

А сопротивление Rthra зависит от размера радиатора, его формы, вида поверхности и цвета, и может составлять от 50K/Вт (маленький алюминиевая бляха) до 0,5K/В (и меньше) для мощных радиаторов из специальных алюминиевых профилей. Термическое сопротивление Rthra сильно зависит от условий движения воздуха вокруг радиатора. Например, использование вентилятора может уменьшить величину активного термического сопротивления даже в несколько раз. Еще более эффективными являются радиаторы, охлаждающиеся жидкостью (водой или маслом), но мы не будем ими заниматься, потому что я их практически не используют из-за стоимости.

В практике, что бы обеспечить работу мощного транзистора необходимо, прежде всего, подобрать соответствующий радиатор. Теоретически дело очень простое. Имея допустимую температуры перехода +150 градусов C, температуру окружающей среды (как правило, принимается +30. +50 градусов С), и рассеиваемую мощность P, при котором транзистор будет работать, легко вычислить максимальное общее сопротивление Rthja по формуле:

Потом от рассчитанного сопротивления вычесть сопротивлением Rthjc и Rthcr:

Получим значение, теплового сопротивления радиатора Rthra. Конечно, радиатор может иметь меньшее значение теплового сопротивления чем рассчитанное значение — тогда температура соединения будет меньше допустимой (+150°С).

Выполните несколько простых упражнений.

Задача
Рассчитать термическое сопротивление радиатора необходимого для выходного транзистора усилителя мощности. Максимальная рассеиваемая мощность этого транзистора в худших условиях составит 30ВТ. Транзистор имеет следующие параметры: Ptot=125 ВТ, Rthjc = 1,1K/В, Tjmax = +150 Градусов C. Максимальная температура окружающей среды внутри корпуса пусть составляет +50 градусов C. Не применяются термопаста, активное сопротивление Rthcr следует принять равным 1K/Вт. На сколько можно уменьшить радиатор просто после применения термопасты, уменьшающей Rthcr до 0,2К/В?

Вычислим максимальное допустимое общее сопротивление Rthja:
Rthja=(150–50)/30W=3,3°C/W=3,3K/W
Rthra=3,3–(1+1,1)=1,2K/W

Без силиконовой смазки требуется радиатор с сопротивлением 1,2К/Вт.
В то время как со смазкой:
Rthra=3,3–(1+0,2)=2,1K/W

Это большая разница, — со смазкой сопротивление радиатора может быть на целых 75% больше, так что. стоит смазывать. Это железное правило: при больших мощностях не обходима термопаста или силиконовые прокладки.

Задача
Сопротивление Rthjc транзистора BD135 (BD135. 140) составляет 10 К/Вт. Рассеиваемая мощность в устройстве составляет 5 ВТ. Можете ли вы не использовать силиконовую смазку в ситуации, когда транзистор будет работать с теплоотводом с сопротивлением Rthra равной 7К/В?

В этом случае можно не проводить расчеты. Просто оценим, как повлияет отсутствие силиконовой пасты на температуру перехода. Вы можете принять активное сопротивление Rthcr без силикона равным 1,5K/Вт, а с силиконом 0,3K/Вт. Иначе говоря, без силикона общее сопротивление увеличивается на 1,2K/В. При мощности 5 ВТ, это вызовет повышение температуры на дополнительные 6 градусов. 6 градусов – это мало, так что в случае малых рассеиваемых мощностей (до 5. 10 Вт) влияние смазки не большое.

Но при больших мощностях это влияние, иногда даже имеет решающее значение. Если мощность была 50W, при отсутствии смазки, температура повысилась бы на 60 градусов.

Задача
Убедитесь, что транзистор BDV64 (Ptot =125 ВТ, Rthjc=1K/В Tjmax=+150°C) может рассеять в окружающую среду мощность 80ВТ с теплоотводом о Rthra=1,5K/Вт при температуре окружающей среды +50 градусов при использовании силиконовой смазки (Rthcr=0,15K/В).

Для проверки. Сначала рассчитаем
Rthja=1K/W+0,15K/W+1,5K/W=2,6K/W
При мощности 80 ВТ повышение температуры составит:
ΔT=80×2,56=212°C
Температура составит +262 градусов C — транзистор ни в коем случае не может работать в таких условиях!

Задача
Рассчитать, активное термическое сопротивление радиатора, работающего с транзистором 2N3055 (Ptot =117W, Rthjc=1,5K/В, Tjmax=+200ос ) в системе стабилизатора, где максимальная рассеиваемая мощность составит 85Вт. Максимальная температура окружающей среды внутри корпуса +50 градусов C. Благодаря теромопасте Rthcr = 0,1К/В.

Определяется необходимое общее тепловое сопротивление
Rthja=(200–50)/85=1.765K/W

Радиатор с таким маленьким тепловым сопротивлением в любительских условиях сделать не возможно! Не поможет даже мощный вентилятор!

Задача
Транзистор BD136 (корпус к-126, Ptot =12 ВТ, Rthjc=10°С/вт, Tjmax=+150° C) работает с теплоотводом о Rthra = 4K/В. Без силикона Rthcr = 1°C/Вт. Может ли транзистор работать в этих условиях с рассеиваемой мощностью, равной 10 ВТ при температуре окружающей среды, равной +40°C?

Нет! Потому что с мощностью 10ВТ и допустимого перепада температур, равного 110°C, общее сопротивление должно быть не больше, чем 11К/Вт. Между тем, уже сам транзистор и прокладка уже имеют такое термическое сопротивление. В данном случае не поможет ни один радиатор. Указанный транзистор не может работать в таких условиях.

Применение смазки мало поможет, потому что даже при уменьшении Rthcr к 0,3°С/Вт, следовало бы применить большой радиатор с очень малым сопротивлением Rthra равной 0,7К/В. Теоретически такой радиатор можно сделать, но это иррационально.

Достаточно применить более мощный транзистор, например BD244 с сопротивлением Rthjc равной 1,92K/В.

Конечно, общее сопротивление Rthja все равно не может быть больше, чем 11К/В, но теперь достаточно было бы использовать радиатор с сопротивлением Rthra=11–(1,92+0,2)=8,88K/W

Указанный радиатор (Rthra = 4K/В) обеспечит запас. В самом деле, повышение температуры соединения, не превышает ΔT=10W×(1,92+0,2+4)=61,2°C то есть, температура будет не много превышать +100°С.

Подумайте, какие выводы, можно сделать из этих упражнений. Оказалось, что во многих случаях вы не можете работать с заявленной в каталоге мощностью Ptot.

Что происходит? Где кроется ошибка?

Ошибки нет. С расчетами (хотя и упрощенными) все в порядке. Сейчас разберемся, о чем идет речь. Рассчитайте, какой радиатор необходим при работе в „справочных” условиях мощного транзистора. Пусть это будет транзистор BDW83B (Ptot =130, Tjmax=+150 градусов C, Rthjc=0,96K/В). Пусть температура окружающей среды составляет +40°С.
Rthja=(150–40)/130=0.846K/W
это меньше, чем значение в каталоге Rthjc! Транзистор не может работать в таких условиях!

Нет ли у вас впечатления, что производители транзисторов пускают вас в заблуждение, делая на них спрос при рассеиваемой мощности 130 ВТ в справочнике, которую, как выясняется, ни в коем случае нельзя „выжать” из транзистора без риска перегрева?

На самом деле, на практике ни один мощный транзистор не может работать с мощность Ptot указанной в справочнике. Тогда откуда там эта мощность?

Запомните раз навсегда, что это мощность, которую теоретически можно рассеять в устройстве при использовании идеального радиатора. А точнее – указывается в каждом каталоге максимальная рассеиваемая мощность Ptot в лабораторных условиях тестирования при идеальном охлаждении, (будьте осторожны!) при температуре корпуса в (как правило) только +25°C. Обратите внимание, что эти +25°C температура корпуса во время работы, когда выделяется «рассеиваемая мощность из справочника» Такую температуру корпуса можно получить только при вынужденном охлаждении, и не воздухом, а жидкостью.

Убедитесь, что эти данные верны для транзистора BDW83. Если вы сможете удержать температуру корпуса на уровне +25 градусов C, то есть разница температур достичь (150-25=)125°C, максимальная мощность составит:

И это и есть та мощность, которую взяли из каталога. Согласны?

Теперь будьте внимательны! Имея указанную в каталоге мощность потерь Ptot и максимальную температуру перехода (обычно +150°С) ты вычисляешь сопротивление Rthjc. Предполагая, что температура корпуса должно составлять +25°C, то есть при разнице температур 100°С считаем:

Просто? Да! Хотя в редких случаях вы можете найти сюрприз. А именно, в случае некоторых транзисторов производители дают максимальную мощность Ptot, при температуре корпуса не +25°C, а +60°C. Но тогда это то ничем не грозит, потому что фактическое сопротивление Rthjc окажется еще меньше, чем вычисленная с помощью простого способа выше.

Теперь мы вернемся к сделанным ранее упражнениям.

Оказалось также, что рассеиваемая мощность Ptot что указывается в каталогах транзисторов, имеет очень мало общего с реальностью, потому что ее можно получить только при идеальном охлаждении. Если да, то рассчитайте теперь, с какой мощность действительно может работать транзистор BDW83 с „сенсационной мощностью” Ptot=130Вт. Для его охлаждения используется большой ребристый радиатор с, тепловым сопротивлением, равным 1,5K/Вт и сопротивление Rthcr можно принять равным 0,1К/Вт (термопаста или тонкая силиконовая подкладка). Максимальную температуру окружающей среды примем реальную, равную +40°С.

Общее тепловое сопротивление:


И что? Снова неожиданность? Только 43W? А должно было быть 130Вт?! К сожалению, да! И поверьте мне — радиатор с сопротивлением 1,5K/Вт – это очень большой кусок ребристого алюминиевого профиля.

К сожалению, при проектировании схем из мощных транзисторов (и не только), вы должны всегда принимать во внимание результаты наших соображений. Потому что у вас нет возможности использовать идеальный радиатор, поэтому раз и на всегда отбрасывать нереальные мечты — никогда не выжать из мощного транзистора мощности Ptot указанную в справочнике. Во первых, приблизительные расчеты дают, что да же с приличным радиатором силовой транзистор будет у вас работать не более чем с половиной мощностью указанной в каталоге.

Кроме того, если до сих пор вам казалось, что достаточно большой радиатор всегда решит проблему, то это мечта. Предыдущие примеры показывают, что даже если вы применил идеальный радиатор, вы никогда не уменьшите общее тепловое сопротивление ниже Rthjc. При этом всегда имеется некоторое значение Rthcr – даже, применение термопасты, не уменьшит ее до нуля, а только до 0,1. 0,2К/Вт.

Здесь я полностью объяснить проблемы «узких мест», о которой я упоминал при обсуждении усилителя 100 Вт. Обратитесь к этой статье EDW 8/97 на стр. 18. Теперь последние упражнения показали, что вышеупомянутый «узким местом» является сопротивление Rthjc. Это следует из конструкции транзистора, и мы не можем ни как на это повлиять. И если вы не примените силиконовые смазки, то сопротивление Rthcr еще ухудшится до 1 .. 2 K/Вт.

Теперь вы понимаете проблему, охлаждения и подбора радиатора?

Вам кажется, что понимаете? В таком случае рассчитайте активное термическое сопротивление радиатора, необходимое для схем на рисунках 60 и 61. Для усилителя на рисунке 61 рассчитаем три раза:
а) для радиатора, соединенного гальванически с минусом питания планируется использовать силиконовую смазку примем Rthcr = 0,1К/В,
b) для радиатора, гальванически изолированного планируется использовать изоляционную прокладку, примем Rthcr = 0,5K/В,
c) для радиатора гальванически изолированного планируется использование изоляционной прокладки, из слюды смазанной с двух сторон термопастой примем Rthcr = 1,5K/В.

Какие принимать температуры окружающей среды? В случае, если блок питания для автомобиля на рисунке 60, должно работать с температурой порядка +60. +80 градусов C, не так ли? В случае усилителя проще +40. +50 градусов C. Не пугайтесь, что на рисунке 61 у вас микросхема, а не транзистор. Порядок расчета тепловых величин такой же, как при транзисторах. Указанная рассеиваемая мощность интегральной схемы LM3886 в худшем из возможных случаях – указана EdW 2/98 стр. 10 рис. 3 для напряжения питания ±30В. Имея такие данные, рассчитайте необходимый радиатор. В самом деле, при нормальной работе усилителя средняя выделяемая мощность будет меньше, и такой радиатор, безусловно, будет подобран с некоторым запасом. А теперь считайте.

Ну, может быть, не совсем здорово. Потому что, как и, что теперь делать с этим значением? Что с того, что рассчитали необходимое термическое сопротивление радиатора? А откуда вы знаете, какое термоспротивление сопротивление имеют имеющиеся у вас радиаторы?

И это пол беды, если вы заказываете радиатор в хорошей компании и тепловое сопротивление, указанно в справочнике. Но как я знаю, в большинстве случаев ни кто не пользуются услугами этих компаний, только вы пробовали применить какой-нибудь радиатор или кусок жести. Как рассчитать или измерять термическое сопротивление такого радиатора?

Это уже история из другой сказки – я с удовольствием расскажу вам, если вы напишите мне на адрес Редакции. Тогда будет отдельная статья о подборе радиаторов. Я также могу вам предложить схему простого прибора для измерения теплового сопротивления радиаторов. Жду письма по этому вопросу.

На какое тепловое сопротивление влияет цвет охладителя

Требования к отопительным приборам

Классификация отопительных приборов

Описание отопительных приборов

Подбор отопительных устройств

Коэффициент теплопередачи прибора отопления

Тепловой расчёт отопительного прибора

Регулирование теплопередачи приборов

Тепловой поток от теплоносителя — воды или пара — передается в помещение через стенку отопительного прибора.

Интенсивность теплопередачи характеризуют коэффициентом теплопередачи k_пр, который выражает плотность теплового потока на внешней поверхности стенки, отнесенную к разности температуры разделенных стенкой теплоносителя и воздуха отапливаемого помещения. Термин «плотность» в данном случае применяется для теплового потока, передаваемого через единицу площади внешней поверхности отопительного прибора.

Коэффициент теплопередачи прибора k_пp, Вт/(м 2 °С), численно равен величине, обратной сопротивлению теплопередаче R_пp от теплоносителя через стенку прибора в помещение:

Величина R_np слагается из сопротивления теплообмену R_в на внутренней поверхности стенки прибора, термического сопротивления стенки R_ст и сопротивления теплообмену R_н на внешней поверхности прибора А_пр:

Процесс теплопереноса от теплоносителя в помещение осуществляется: от теплоносителя к стенке прибора — конвекцией и теплопроводностью, через стенку — только теплопроводностью, а от стенки в помещение -конвекцией, радиацией и теплопроводностью. В сложном случае теплопередачи основным явлением в большинстве случаев является конвекция.

Коэффициент конвективного теплообмена в слое воздуха (снаружи) значительно меньше, чем в слое воды или пара (внутри прибора), поэтому сопротивление внешнему теплообмену Rн для отопительного прибора сравнительно велико. Следовательно, для увеличения теплового потока необходимо развивать внешнюю поверхность отопительного прибора. В приборах это выполняют созданием специальных выступов, приливов и оребрения. Однако при этом уменьшается коэффициент теплопередачи.

Рассмотрим слагаемые выражения применительно к отопительному прибору с более развитой площадью внешней поверхности А по сравнению с площадью внутренней поверхности А_н.

Сопротивление теплообмену на внутренней поверхности, отнесенное к площади внешней поверхности прибора, т. е. к расчетному измерителю (отношение площадей равно А_пр/А_в), составляет

Коэффициент теплообмена на внутренней поверхности прибора ? _в изменяется в широких пределах в зависимости от вида теплоносителя. Наибольших значений он достигает при паре. При воде его значение зависит в основном от скорости движения воды и ее температуры.

Для конвекторов коэффициент теплообмена в прямых гладких трубах малого диаметра на внутренней поверхности стенки определяется прежде всего режимом течения воды. На рис. 4.13 представлена зависимость сопротивления теплообмену от расхода теплоносителя в трубах. Можно установить, что с увеличением расхода воды сопротивление заметно уменьшается (коэффициент внутреннего теплообмена ав возрастает), а затем при расходе воды более 200 кг/ч остается практически неизменным.

При движении воды в изогнутых трубах (отводах, змеевиках) возникает центробежная сила, вызывающая так называемую вторичную циркуляцию, вследствие чего теплоперенос усиливается. Поэтому значение коэффициента внутреннего теплообмена в изогнутых трубах выше, чем в прямых.

На численном примере для чугунного секционного радиатора с отношением А_пр/А_в=1,3 сопоставим значения сопротивлений, входящих в формулу R_пр = R_в + R_ст + R_н
.

Сопротивление теплообмену на внутренней поверхности стенки радиатора найдем при скорости движения воды около 0,001 м/с (ламинарный режим течения),
когда ? _в ? 60 Вт/(м 2 *°С) , по формуле:

R_в = (1 / 60)1,3 = 0,022 м 2 *°С/Вт.

Термическое сопротивление стенки чугунного и стального отопительного прибора без учета загрязнения, окраски и специального оребрения его внешней поверхности составляет

Термическое сопротивление стенки вместе с сопротивлением теплообмену на внутренней поверхности стенки обусловливают снижение температуры наружной поверхности отопительных приборов по сравнению с температурой теплоносителя. Из рисунка видно, что в средней по высоте части чугунного секционного радиатора температура поверхности отличается от температуры теплоносителя не менее, чем на 7. 8 °С.

Продолжая начатый пример, определим сопротивление стенки чугунного радиатора при ее средней толщине 4 мм но формуле (4.9)

R_ст — (0,004 / 50)*1,3 = 0,0001 м 2 *°С/Вт.

Видно, что термическое сопротивление металлической стенки пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением теплообмену на ее поверхности. Этот вывод не относится к бетонному панельному радиатору, где термическое сопротивление слоя бетона заметно увеличивает общее сопротивление теплопередаче прибора. Это сопротивление слоя бетона зависит от нескольких факторов: диаметра греющих труб d _в , расстояния между ними -шага труб s, глубины заложения труб в бетон h, теплопроводности массива бетона ? _м.

Для бетонных отопительных приборов с трубчатыми греющими элементами принято определять термическое сопротивление массива бетона R’_м, отнесенное к 1 м трубы, при теплопроводности бетона ? _м=1,0 Вт/(м*°С/Вт). На рисунке, а и б приведены для примера графики для получения R’_м, отнесенного к 1 м трубы, расположенной в ряду среди других (средняя труба).

В специальной литературе даны также значения R’_м, отнесенные к 1 м крайней и одиночной трубы в бетонной панели. Термическое сопротивление массива прибора при теплопроводности бетона, отличающейся от единицы, вычисляют по формуле

где s — шаг труб, м, численно равный площади наружной поверхности, соответствующей 1 м средней трубы в приборе.
Сопротивление теплообмену на внешней поверхности прибора определяют но формуле
Rн = l / ? _н ,
где ? _н — коэффициент теплообмена на наружной поверхности, который может быть представлен в виде суммы коэффициентов конвективного ак и лучистого ал теплообмена, т. е.

Теплообмен конвекцией при свободном движении воздуха зависит от разности температуры нагретой поверхности и температуры окружающего воздуха, а также от общей подвижности воздуха в помещении.

В нашем примере при свободном движении воздуха (t_в = 20 °С) у гладкой вертикальной поверхности радиатора и температуре воды t_вх = 95 °С, t_вых = 70 °С:

Теплоперенос излучением зависит от материала и формы приборов, размеров, температуры и взаимного расположения отопительных приборов и поверхности ограждений помещения.

Для чугунного радиатора с гладкой поверхностью, принимая приведенный коэффициент излучения С_пр = 5,1 Вт/(м 2 *°С) и коэффициент облученности ф=0,5, получим

? _л = b* С_пр * ? = 1,3 * 5,1 * 0,5 = 3,3 Вт/(м 2 * °С).

Коэффициент облученности ? здесь принят равным 0,5, так как для двухколончатых секционных радиаторов характерно, что в помещение попадает около 50 % излучения (остальное поглощается близко расположенными, взаимно закрывающими друг друга секциями).

В результате сопротивление теплообмену на внешней поверхности радиатора по формулам Rн = l / ? _н и ? _н = ? _к + ? _л составит

R_н = 1 / (6,6 + 3,3) = 0,1 м 2 *°С/Вт.

Сравнивая полученное значение сопротивления со значением сопротивления теплообмену на внутренней поверхности радиатора (R_в = 0,022), убеждаемся, что R_н примерно в 4,5 раза превышает R_в. Несмотря на приблизительность проделанных расчетов (расчеты проделаны для плоской стенки), можно установить, что значение коэффициента теплопередачи k _пр для металлических отопительных приборов с гладкой поверхностью определяется в основном значением коэффициента теплообмена на их внешней поверхности ? _н . У неметаллических приборов k _пр зависит также от теплопроводности материала стенок и степени неравномерности температуры их поверхности.

Для металлических отопительных приборов со специально оребрённой внешней поверхностью — конвекторов, ребристых труб — доля теплоотдачи излучением составляет всего 5. 10 % общего теплового потока, попадающего в помещение. Поэтому значение коэффициента теплообмена на внешней поверхности ? _н таких отопительных приборов, а вслед за ним и значение коэффициента теплопередачи k _пр будут всегда существенно ниже значений аналогичных коэффициентов для приборов с гладкой поверхностью.

Для примера приведем средние значения коэффициента теплообмена на внешней поверхности ? _н , Вт/(м 2 *°С), в расчетных температурных условиях действия систем водяного отопления:

для вертикальных бетонных панельных радиаторов. 11,5
для чугунных секционных радиаторов. 10
для конвекторов с кожухом. 7

Итак, величина теплового потока от теплоносителя в вертикальных отопительных приборах в помещение определяется в основном интенсивностью теплообмена на внешней их поверхности и прежде всего теплообмена конвективного. Этим объясняется, что значения коэффициента теплопередачи отопительных приборов относят к единице площади внешней их поверхности и к разности температуры теплоносителя t_г и температуры окружающего воздуха t_в (а не температуры помещения t_п).

Коэффициент теплопередачи каждого вновь разрабатываемого отопительного прибора не рассчитывают аналитически, а устанавливают опытным путем без разделения теплового потока на части, выражающие теплопередачу конвекцией и излучением. Так поступают, зная о наличии многих факторов, влияющих на коэффициент k _пр прямо или косвенно и затрудняющих точное его вычисление расчетным путем. Рассмотрим эти факторы, разделив их на основные, определяющие величину k _пр, и второстепенные, влияющие на его величину в сравнительно узких пределах.

Основными факторами, определяющими величину к являются:

— вид и конструктивные особенности, приданные типу прибора при его разработке;

— температурный напор при эксплуатации прибора.

Вид отопительного прибора позволяет заранее судить о возможной величине коэффициента теплопередачи. На рисунке для основных видов приборов показаны области значений коэффициента теплопередачи при одних и тех же температурных условиях (t_г — t_в = 70 °С). Как видим, для гладкотрубных приборов характерны сравнительно высокие, для секционных радиаторов — средние, для конвекторов и ребристых труб — низкие значения коэффициента теплопередачи.

В пределах каждой области значение коэффициента теплопередачи k_пp изменяется в зависимости от конструктивных особенностей прибора того или иного типа следующим образом.

Для гладкотрубных приборов k_пр уменьшается при увеличении диаметра и числа параллельных труб. Это объясняется уменьшением интенсивности конвективного теплообмена на поверхности верхней части прибора, омываемой воздухом, подогревшимся внизу. Кроме того, взаимным экранированием поверхностей труб, расположенных близко друг к другу, вследствие чего в помещение попадает только часть излучения.

Для бетонных отопительных панелей k _пр зависит от их положения (горизонтального или вертикального) в помещении и уменьшается по мере увеличения высоты и длины приборов.

Уменьшение k _пр ребристых труб по сравнению с гладкостенными приборами объясняется падением температуры поверхности по длине ребра и взаимным экранированием поверхности смежных ребер, обращенных друг к другу. Коэффициент теплопередачи уменьшается также с увеличением числа ребристых труб, помещенных одна над другой (как и для гладких труб).

У секционных радиаторов по тем же причинам на величину k _пр влияют форма и число колонок в секции, расстояние между смежными секциями, глубина и высота секции (чем выше секция, тем ниже k _пр), а также число секций.

У конвекторов k _пр зависит также от толщины, высоты и шага ребер нагревателя. Наибольшее значение k _пр получено, например, при расстоянии около 6 мм между ребрами размерами 50 x 100 мм.

Вторым основным фактором, определяющим величину k _пр в эксплуатационных условиях, является температурный напор ? t , т. е. разность температуры теплоносителя t,. и температуры окружающего отопительный прибор воздуха t_в.

При этом наибольшему температурному напору соответствует наивысшее значение коэффициента теплопередачи

.
Температуру теплоносителя воды принято вычислять при экспериментах как среднеарифметическую между температурой воды, входящей и выходящей из прибора, т. е. t _г= t _ср, хотя в действительности средняя температура воды в приборе ниже среднеарифметической. Поэтому температурный напор, вычисляемый при среднеарифметическом значении температуры воды, т. е. ? t_cp = (t_cp — t_в) является относительной расчетной величиной, принимаемой при испытаниях, а затем и при определении необходимой площади нагревательной поверхности конкретного прибора.

Результаты экспериментов по определению коэффициента теплопередачи для каждого нового отопительного прибора обрабатывают в виде эмпирических зависимостей:

для теплоносителя — пара

для теплоносителя — воды

где m, n, р — экспериментальные числовые показатели, выражающие влияние конструктивных и гидравлических особенностей отопительного прибора на его коэффициент теплопередачи; ? t_н — разность температуры при теплоносителе паре, принимаемая в соответствии с формулой, исходя из температуры насыщенного пара t_нас в приборе:

? t_cp — разность температуры при теплоносителе воде, принимаемая, как сказано выше, исходя из температуры воды, входящей t_вх и выходящей t_вых из прибора

G_отн — относительный расход воды в приборе, связывающий изменение коэффициента теплопередачи с гидравлическим режимом в приборе и степенью равномерности температурного поля на его внешней поверхности.

Относительный расход воды — это отношение действительного расхода воды в конкретном отопительном приборе к номинальному расходу, принятому при тепловых испытаниях образцов приборов. В настоящее время при испытании образцов приборов за такой расход принят расход воды 360 кг/ч (0,1 кг/с), поэтому

Ранее испытания каждого вида приборов проводились при различном номинальном расходе воды (например, для радиаторов был принят расход 17,4 кг/(ч*м 2 ), для конвекторов —
300 кг/ч).

Получаемые значения коэффициента теплопередачи при t_г — t_в = 70 °С, расходе воды 360 кг/ч (0,1 кг/с) и расчетном атмосферном давлении 1013,3 гПа называют номинальными. Для секционного радиатора, например, номинальный коэффициент теплопередачи равен
10,9 Вт/(м 2 °С).

Среди второстепенных факторов, влияющих на коэффициент теплопередачи приборов систем водяного отопления, прежде всего, укажем на расход воды G_пр, включенный в формулу
k _пр = m ? t_cp n G_отн p . В зависимости от расхода воды изменяются скорость движения w и режим течения воды в приборе, т. е. условия теплообмена на его внутренней поверхности. Кроме того, изменяется равномерность температурного поля на внешней поверхности прибора.

На равномерность температурного поля на внешней поверхности отопительных приборов отражается также направление движения воды внутри прибора, связанное с местами ее подвода и отведения, т. е. способ соединения приборов с теплопроводами.

Способ соединения приборов или их нагревательных элементов с трубами, изменяющий условия подачи, растекания, внутренней циркуляции, слияния и отведения потоков теплоносителя, называют схемой присоединения.

Все схемы присоединения отопительных приборов к трубам систем отопления разделены на три группы. Радиаторы чугунные секционные и стальные панельные выделены в первую группу, конвекторы с кожухом — в третью, остальные приборы с трубчатыми нагревательными элементами отнесены ко второй группе.

На рисунке представлены три основные схемы присоединения секционных и панельных радиаторов. Наиболее равномерной и высокой температура поверхности радиаторов получается при схеме присоединения «сверху-вниз» (схема 1), когда нагретая вода подводится к верхней пробке радиатора, а охлажденная вода отводится от нижней пробки. Поэтому значение коэффициента теплопередачи будет в этом случае всегда выше, чем при движении воды «»снизу-вниз» (схема 2) и особенно «снизу-вверх» (схема 3).

Для схем присоединения конвекторов без кожуха, ребристых и гладких труб характерны параллельное и последовательное по движению воды соединение отдельных нагревательных элементов при расположении их в один-четыре яруса по высоте и в один-два ряда по глубине. Две из них показаны на рисунке: с последовательным соединением (а) и с попарным параллельно-последовательным соединением нагревательных элементов (б) при расположении их в четыре яруса.

Гладкотрубный отопительный прибор ( змеевиковая форма соединения труб )

Змеевиковая форма соединения труб в гладкотрубном отопительном приборе

Регистровая форма соединения труб в гладкотрубном отопительном приборе

1 — нитки; 2 — колонка; 3 — калачи; 4 — заглушка

В схемах присоединения для конвекторов с кожухом возможны горизонтальное и вертикальное расположение труб нагревателя, а также последовательное и параллельное движение воды по трубам. На рисунке ниже, а показан, например, нагреватель с горизонтально расположенными трубами в конвекторе «Комфорт-20». В более современной конструкции конвектора «Универсал-20» малой глубины (100 мм) трубы в нагревателе помещены по вертикали, что вызывает понижение номинального коэффициента теплопередачи до 5,1 Вт/(м 2 *°С). В конвекторе «Универсал-С» средней глубины (160 мм) греющие трубы расположены по две в горизонтальной и вертикальной плоскостях, что приводит к дальнейшему уменьшению значения номинального коэффициента теплопередачи до 4,93 Вт/(м 2 *°С).

Конструкция конвекторов: а — с кожухом; б — без кожуха; 1 — канал для теплоносителя; 2 — оребрение; 3 — кожух; 4 — решётка; 5 — воздушный клапан.

На коэффициент теплопередачи влияют также следующие второстепенные факторы.

Скорость движения воздуха у внешней поверхности прибора. При установке прибора у внутреннего ограждения k _пр повышается за счет усиления циркуляции воздуха в помещении. Также повышается к при увеличении высоты кожуха конвекторов.

Конструкция ограждения прибора. Коэффициент теплопередачи уменьшается при переносе свободно установленного прибора в нишу стены. Декоративное ограждение отопительного прибора, выполненное без учета теплотехнических требований, может значительно уменьшить k_пp.

Расчетное значение атмосферного давления, установленное для места расположения здания. При пониженном давлении но сравнению с номинальным (1013,3 гПа) коэффициент теплопередачи также понижается вследствие уменьшения плотности воздуха. Так, при расчетном давлении 970 гПа поправочный коэффициент к k _пр составит 0,98.

Окраска отопительного прибора. Состав и цвет краски могут несколько изменять коэффициент теплопередачи. Краски, обладающие высокой излучательной способностью, увеличивают теплоотдачу прибора, и наоборот. Например, окраска цинковыми белилами повышает теплопередачу чугунного секционного радиатора на 2,2 %, нанесение алюминиевой краски, растворенной в нитролаке, уменьшает ее на 8,5 %. Влияние окраски связано также с конструкцией прибора. Нанесение алюминиевой краски на поверхность панельного радиатора — прибора с повышенным излучением — снижает теплопередачу на 13 %. Окраска конвекторов и ребристых труб незначительно влияет на их теплопередачу.

На значении коэффициента теплопередачи сказываются также качество обработки внешней поверхности, загрязненность внутренней поверхности, наличие воздуха в приборах и другие эксплуатационные факторы.

На какое тепловое сопротивление влияет цвет охладителя

Добрый день. Помогите, пожалуйста, найти ответы на несколько вопросов :
1. Какой простой формулой можно подсчитать площадь радиатора охлаждения, если мне известны следующие параметры: температура воздуха-до 30 град., температура радиатора-до 70 град., мощность рассеивания-пусть будет 50 вт., при условии что он будет на задней стенке корпуса (конкретно-блока питания)?
2. Как сильно зависит эфективность охлаждения от цвета поверхности? Имеет ли смысл красить белый радиатор тонким слоем черной краски (из аэрозольного баллончика)?
3. Как правильно подсчитать саму площадь? Как пример- есть 10*10*0,5 см. (основание) плюс ребра 10*1 см. -всего 10шт. Грубо получается 100+100, т.е. 200 кв.см. Или основание и ребра надо считать по обе стороны (тогда получается 400 кв.см.)? Конечно для 50 вт он будет маловат.
Пожалуйста, не предлагайте вентиляторы. Большое всем спасибо!

19.05.2006, 12:25
Нi.
Просто не получится. Посмотри ссылку http://skr.radioman.ru/thermal/radiator.php
19.05.2006, 13:55

Существуют расчеты радиаторов, которые, в основном эмпирически соотносят площадь радиатора и мощность. Но к-т при этом меняется в зависимости от конструкции радиатора (плоская пластина, с ребрами, игольчатый и т.д.). Коэффициенты определяются экспериментально, а потом вставляются в формулы для расчета. Поэтому основной критерий — испытания! Хотя предварительно можно оценочный расчет сделать.
Конструкцию лучше взять стандартную (проверенную), при этом есть надежда, что радиатор будет более-менее эффективным, дело в том, что соотношения между толщиной основнования толщиной ребер, размерами основания и размерами ребер должны быть вполне определенными. В идеале — ребра и основание должны иметь конусообразную форму (кстати импортные промышленные радиаторы так и делают!), это связано с тем, что чем ближе к транзистору, тем меньше должно быть тепловое сопротивление (больше сечение металла). Если же делать ребра постоянного сечения, то температура вдоль ребра будет уменьшаться (и эффективность тоже. ). Что касается цвета, то СУЩЕСТВЕННУЮ роль цвет не играет, т.к. влияет только на ИЗЛУЧАЕМУЮ энергию, которая при низких температурах значительно меньше энергии теплообмена. Реально это около 10%, причем если это будет краска, то ее собственная теплопроводность тоже будет иметь значение. Поэтому обычно действуют по принципу — чем больше — тем лучше! 🙂 Ну а обдув дает очень существенное увеличение эффективности радиаторов (раз в 10), поэтому, если все-таки такая возможность есть, то стОит подумать, тем более, что компьютерные радиаторы долговечны, надежны и при пониженном напряжении почти бесшумны!

20.05.2006, 20:20

Я (grp1) уже рассматривал похожую тему «охлаждение мощных транзисторов. » Там я применял радиаторы советского пр- ва. Они в усилителе стоят. Площадь ломает вычислять. Но для блока питания вполне пойдут радиаторы от любого усилителя на 60 вт выхода. Смотря, какой тип корпуса транзистора. Площадь можно вычислить, измерив основу радиатора в 2 измерениях, ребра в 2 измерениях и их количество. Все значения перемножить (длина осн.*ширина осн.* кол.ребер*длина ребра*ширина ребра). Если не хотите применять обдув, то увеличьте площадь. И, вообще, берите с запасом (в 1,5 раз хотя бы), если место позволяет.
Есть и другой метод измерений для алюминиевых радиаторов. Только это в первый и последний раз придется делать.
Берут радиатор, и плоскогубцами разгибают его в один ровный лист металла, а там измерить его площадь крайне элементарно. Это, если не хотите расчетов производить. Я сам так делал, когда много одинаковых радиаторов было.

20.05.2006, 20:52

Кстати, если можно не по теме, я раньше различные блоки питания собирал. Давно было, еще «не рубил фишку». Куча транзисторов тогда сгорела из за перегрева. А сейчас спец.
Поэтому, можете мне прислать принципиальную схему вашего блока (если есть). А то мне интересен ваш вариант. И размещение элементов в корпусе. Может, схема не совсем корректно спроектирована, из за чего ток большой через (Эмиттер_Коллектор). Заранее благодарен.
Мой ящик- clrscrbooo@narod.ru

21.05.2006, 23:35

UA3MCH, спасибо за ссылку, только после ввода параметров страница зависает- ‘продолжение не следует’. Буду пробовать экспериментально.
Vadim, вполне согласен что обдув- очень эфективно, но я против него из за нескольких причин:во-первых- шум, хотя и небольшой, но раздражает, тем более если вентилятор снаружи, также есть вероятность что застрянет от постороннего предмета (всякое случается). Если ставить внутри, то он становится пылесосом, от чего тоже застревает.
grp1, блок питания хочется на 12-13в и 20а. Уже имею: тороидальный трансформатор 12в 25а (для галогеновых светильников, вторичная обмотка из четырех проводов в паралель, один конец разложу по-полам и каждый домотаю до 16-17в); 10 шт конденсаторов 10000мкф 35в, 2шт MBR4060 (в каждом плече по одной сборке, оба диода в сборке соединю паралельно). В роли стабилизатора- 4шт LM1084 паралельпо. Ток короткого замыкания получится 25-30а, а от перенапряжения поставлю или мощный шунтирующий тиристор или простой тиристор и отключающее реле. Вот такие мои неспешные планы.

16.08.2008, 00:17

А что скажете про такой радиатор?
3500см2
Прицепить его прямо на транзистор и все дела
Обороты регулируются и можно автоматизировать обороты.
Думаю 150-200 вт он легко рассеет
Что думаете?

04.11.2018, 13:07

Здравствуйте, может кто нибудь подскажет исходя из практического опыта. В описании радиатора с кулером (от процессора) указано, что рассеиваемая мощность 80 Вт. Если я к этому радиатору присоединю элемент Пельтье, мощность которого 70 Вт, какая будет температура его горячей стороны (при температуре окружающего воздуха например, 30 градусов)? Теоретически, вся мощность, выделяемая на горячей стороне элемента Пельтье, будет рассеяна на радиаторе.

Powered by vBulletin® Version 4.1.12 Copyright © 2024 vBulletin Solutions, Inc. All rights reserved. Перевод: zCarot