Важность теплового излучения в конструкции радиатора

Роль теплового излучения в конструкции радиатора часто упускают из виду.Есть много упоминаний о проценте тепла, теряемого радиатором.Как и большинство явлений в физике и технике, воздействие радиации нельзя суммировать с помощью константы.

Влияние теплового излучения на работу радиатора определяется несколькими факторами.Прежде чем рассматривать эти факторы, необходимо дать краткое представление о тепловом излучении.

Тепловое излучение — это электромагнитная волна, излучаемая всем веществом с температурой выше 0К (абсолютного нуля).Максимальное количество тепла (Вт), которое излучение может выделить с поверхности, определяется следующей формулой:

А:tплощадь излучающей поверхности;

σ=5,67*10^-8Вт/м²K⁴,постоянная Стефана Больцмана;

T_s:sтемпература поверхности (К).

Эту поверхность считают идеальным излучателем или черным телом.При той же температуре поверхность неидеального излучателя излучает меньше энергии, чем черное тело.Радиационные свойства этих поверхностей называются излучательной способностью.Коэффициент излучения со значением от 0 до 1 является мерой того, насколько хорошо поверхность рассеивает тепло по сравнению с черным телом.Значения обычных видов обработки поверхности радиатора и материалов показаны в Таблице 1:

Таблица 1. eпропускаемость обычных материалов радиаторов и обработок поверхности

Когда задействованы две или более поверхности, каждая поверхность поглощает и выделяет лучистую энергию.Одна из простейших форм радиационного обмена происходит на одной поверхности в гораздо большей оболочке.Температура поверхности выше, чем у оболочки, площадь поверхности равна A, а коэффициент излучения равен ε.В этом случае чистая скорость обмена энергии за счет излучения определяется по формуле 1. См. Рисунок 1:

Рисунок 1. rрадиантный теплообмен между небольшой нагреваемой поверхностью и внутренней частью большого корпуса

Поскольку излучатель состоит из множества поверхностей, которые поглощают и излучают излучение друг с другом и с оболочкой, уравнение, описывающее эти взаимодействия, не так просто, как уравнение 1. Но общий принцип, представленный уравнением 1, по-прежнему применим.См. [1] для подробного объяснения расчетов излучения и соответствующих уравнений для пластинчато-ребристых излучателей.

Расчеты в [1] требуют использования нескольких уравнений и могут быть утомительными.Чтобы разумно оценить потери тепла на излучение пластинчато-ребристого радиатора, уравнение 2 все же можно использовать для расчета видимой площади излучающей поверхности.Кажущаяся площадь излучаемой поверхности рассчитывается в предположении, что излучатель представляет собой цельный блок с одинаковыми внешними размерами.Площадь поверхности блока, показанная на рисунке 2, затем рассчитывается по формуле 3 и используется для формулы 2. Этот расчет не учитывает разницу температур между нижней частью радиатора и кончиками ребер, которая может быть очень заметной при принудительном использовании. конвекция, длинные ребра, радиаторы из материалов с низкой проводимостью или комбинация вышеперечисленного.Кроме того, использование кажущейся площади излучающей поверхности не дает точного расчета площади поверхности радиатора.Поэтому этот метод не следует использовать, если требуются очень точные результаты.

L：lдлина ребра радиатора.

Фигура 2. rразмеры радиатора

Радиатор может рассеивать тепло (энергию) в окружающую среду двумя способами: излучением и конвекцией.Формула тепловыделения конвекцией равна 4:

час:cкоэффициент онвекции;

T_посол:aтемпература окружающего воздуха.

Значения коэффициента конвекции h в воздухе составляют от 2 до 10 Вт/м2К для естественной конвекции и от 20 до 100 Вт/м2К для вентиляторной принудительной конвекции.Поскольку вынужденная конвекция имеет гораздо более высокое значение h, доля тепла, теряемого радиатором, обычно намного больше при конвекции, чем при принудительной конвекции.Это утверждение обычно справедливо, когда температура радиатора ниже 150°C.Из уравнений 1 и 2 видно, что количество тепла, теряемого излучением, тесно связано с температурой радиатора, поскольку излучаемое тепло возводится в четвертую степень.

Чтобы сравнить влияние излучения на производительность пластинчато-ребристых радиаторов, мы проанализировали два примера с помощью HeatSinkCalculator.Первый представляет собой радиатор, охлаждаемый за счет принудительной конвекции.Как показано на рисунке 2, источник тепла покрывает всю нижнюю часть радиатора.Воздушный поток проходит через радиатор параллельно радиатору и нижней части радиатора.Весь воздух проходит через ребра радиатора, перепуска воздуха нет.В таблице 2 показаны результаты анализа для различных входных мощностей.Размеры радиатора, материал радиатора и скорость потока через радиатор указаны ниже.

Таблица 2. rрезультаты анализа радиатора с принудительной конвекцией

Как и ожидалось, с увеличением температуры радиатора увеличивается и доля тепла, теряемого на излучение.При более высоких температурах потери тепла за счет излучения превышают 5% от общего количества тепла.В некоторых критических случаях это может означать разницу между достижением или недостижением номинальной температуры охлаждаемого элемента.

Второй пример — радиатор, охлаждаемый естественной конвекцией, с основанием и ребрами радиатора, расположенными вертикально.Как показано на рисунке 2, источник тепла покрывает всю нижнюю часть радиатора.Размеры и материалы радиатора указаны в следующей таблице.В Таблице 3 показаны результаты анализа при различных условиях потребляемой мощности и излучательной способности поверхности.

Таблица 3. aрезультаты анализа радиаторов с естественной конвекцией

При естественной конвекции доля тепла, теряемого излучением, значительно выше.В этом примере процент лучистого рассеивания тепла приближается или превышает 30%.Потеря тепла за счет естественной конвекции также тесно связана с температурой поверхности радиатора.Это объясняет, почему скорость диссипации излучения увеличивается с уменьшением температуры источника.Когда коэффициент излучения поверхности снижается до 0,09, влияние на температуру радиатора приближается к 30°C.

Приведенные выше примеры подчеркивают важность излучения в процессе охлаждения радиаторов.Хотя влияние радиации на охлаждение радиатора с принудительной конвекцией меньше, его влияние все же меньше. значительный если необходимо несколько дополнительных градусов, чтобы гарантировать, что продукт соответствует спецификациям.Очевидно, что влияние радиации на радиаторы, охлаждаемые за счет естественной конвекции, чрезвычайно важно.Температуру можно значительно снизить путем анодирования или окраски поверхности радиатора и увеличения коэффициента излучения поверхности.