Комбинированные системы охлаждения РЭС.

Комбинированные системы охлаждения. В комбинированных системах охлаждения применяются различные сочетания воздушного, жидкостного, испарительного и кондуктивного охлаждения. Существует значительное количество разновидностей комбинированного охлаждения аппаратуры. Не имея возможности рассматривать многие из них, остановимся на некоторых комбинированных системах охлаждения самолетной аппаратуры, а также газо-жидкостноиспарительном и оросительном охлаждении мощных радиодеталей и блоков.

Рис. 8.1

При больших скоростях полета самолетов забортный воздух сильно нагревается от обшивки самолета вследствие аэродинамического нагрева и не может быть использован для вентиляции аппаратуры без предварительного охлаждения. Для этой цели на самолетах применяют расширительные турбины, водяные испарители или топливные баки рисунок. 8- а. Использование топливных баков для охлаждения теплоносителя возможно при скоростях полета, не превышающих ЗА!^[1], так как при больших скоростях топливо также оказывается нагретым за счет теплопередачи от обшивки самолета. При полетах на больших высотах забортный воздух разрежен и поэтому не может быть непосредственно использован для охлаждения аппаратуры. В этих случаях применяют сложные системы подготовки воздуха. В одной из таких систем забортный воздух поступает в компрессор, где его плотность увеличивается до необходимого предела. Температура воздуха, выходящего из компрессора, достигает 300° С и его требуется охладить прежде, чем направить в охлаждаемую аппаратуру. Для этой цели также применяют расширительные турбины, водяные испарители или топливо. Схема системы охлаждения забортного воздуха и подачи его в радиоэлектронное оборудование, состоящей из компрессора, теплообменников, водяного испарителя и расширительной трубины, примененная на самолете Дуглас Х-3, приведена на рисунке. 8.1, б.

На самолетах широко используют комбинированные системы воздушно-испарительного охлаждения с промежуточным теплоносителем.

Рис. 8.2 Воздухоизмерительные системы охлаждения

с промежуточным теплоносителем (а) и эжектированием (б)

В изображенных на рис. 8.2 системах радиоэлектронное оборудование 2 охлаждается воздухом, циркулирующим в замкнутом контейнере. Воздух приводится в движение вентилятором 3 и охлаждается в радиаторе 4. Цифрами 5, 7 и 10 на рис. 8-2, а обозначены соответственно регуляторы подачи хладагента, контур промежуточного теплоносителя и бак с хладагентом. Охлаждение воздуха в радиаторе системы, изображенной на рис. 8-2, а, происходит за счет испарения жидкого хладагента, пары которого выбрасываются в атмосферу. Лучшим хладагентом по весу, токсичности и стоимости является вода. Недостаток воды — высокие температуры кипения и замерзания. Для снижения температуры кипения воды применяют водные растворы легкокипящих хладагентов или эжекцию.^[2] Однако понижение температуры кипения рабочего вещества имеет место только в начальной стадии работы системы, пока испаряются легкокипящие фракции раствора.

Воздушно-испарительная система с эжекцией показана на рис. 8.2, б. В этом случае охлаждение воздуха происходит в воздушно-жидкостном радиаторе 4, а промежуточного теплоносителя — в испарителе 9. Понижение давления в испарителе происходит за счет работы эжектора 8. Движение жидкости в контуре 7 осуществляется в результате действия помпы 6. Применение эжекции для снижения температуры кипения жидкости влечет за собой необходимость установки бака-испарителя, эжектора и дополнительной затраты сжатого воздуха.

Работоспособность системы в зимнее время обеспечивается применением морозостойкого промежуточного теплоносителя. В качестве промежуточных теплоносителей, не замерзающих при температуре —60°С, используются различные антифризы.

Недостаток всех рассмотренных воздушно-испарительных систем охлаждения заключается в сравнительно низких значениях коэффициентов теплообмена от нагретых поверхностей к воздуху. Однако преимущество воздуха как теплоносителя (химическая инертность, малая теплопроводность, вес и т. п.) обеспечивает его широкое применение в качестве хладагента и промежуточного теплоносителя.

Разновидностью комбинированной системы охлаждения радиоэлектронного оборудования является оросительное охлаждение (рис. 8.3).

В такой системе жидкость в виде капель попадает на нагретые поверхности радиодеталей и стекает по ним в виде пленки. Охлаждение радиодеталей производится в результате испарения жидкости и конвективного теплообмена между пленкой жидкости и воздухом, заполняющим корпус аппарата.

Рисунок 8.3 Оросительная система охлаждения

Оросительная система охлаждения оказывается более эффективной, чем воздушная, но менее эффективной, чем жидкостная, Малая интенсивность оросительного охлаждения по сравнению с жидкостным объясняется меньшими коэффициентами теплообмена между нагретыми поверхностями и пленкой жидкости, и недостаточным испарением с поверхности пленки в воздух.

В газо-жидкостных испарительных системах охлаждение нагретых поверхностей производится вынужденным потоком газа, содержащим пары и мелкие, капли жидкости.

Сравнение эффективности различных способов охлаждения. Эффективность того или иного способа охлаждения определяется интенсивностью протекающих процессов теплообмена. При этом чем интенсивнее теплообмен, тем эффективнее способ охлаждения. Как известно, интенсивность теплообмена определяется величиной коэффициента теплообмена.

Ниже приведены ориентировочные значения этих коэффициентов в для различных видов теплообмена.

Заметим, что электронный аппарат представляет собой сложное устройство, в котором механизм переноса тепла через различные части конструкции неодинаков. В связи с этим и коэффициенты теплообмена могут иметь разные значения.

Однако для суждения о тепловом режиме РЭА и эффективности выбранного способа охлаждения знания только коэффициентов теплообмена недостаточно. Необходимо провести, кроме того, анализ переноса тепла в РЭА и выбрать иные критерии эффективности способов охлаждения, которые будут рассмотрены в дальнейшем.