никогда не доходит до точки кипения. Поэтому при расчете тепловых характеристик блоков, заполненных жидкостью, можно пользоваться методикой тепловых расчетов для газовой среды. В этом случае все физические параметры газа заменяют соответствующими параметрами жидкости.

Вода для охлаждения может поступать из водопроводной сети. В случае замкнутой системы, особенно при работе в зимних условиях, в качестве охлаждающей жидкости применяют антифризы на основе водного раствора этиленгликоля, не замерзающие при отрицательных температурах. Применение трансформаторного масла и полисилоксанов в качестве охлаждающей жидкости в трубках допустимо лишь при температуре стенки ниже температуры их разложения. Более эффективным является охлаждение при погружении в жидкость всей тепловыделяющей части. В этом случае жидкость

должна быть хорошим изолятором, обладать большой теплоемкостью, теплопроводностью, быть химически инертной.

Жидкость, как и воздух, может отводить тепло благодаря конвекции, но в отличие от воздуха жидкость обладает заметной теплопроводностью и, главное, может интенсивно отводить тепло при кипении. Как только температура жидкости достигает точки кипения, она остается постоянной при условии, что давление пара над жидкостью будет также постоянным. Температура охлаждаемого тела остается близкой к точке кипения жидкости, если охлаждающая жидкость имеет высокую удельную теплоемкость (способность поглощать тепло) и отвод тепла происходит за счет парообразования. Изделие не перегреется до тех пор, пска оно не будет рассеивать так много тепла, что между ним и жидкостью образуется теплоизолирующая прослойка пара.

Кривая кипения (рис. 4-25) помогает объяснить процесс передачи тепла от нагретой зоны в жидкость и показывает зависимость плотности потока тепла q от разности температур Ы нагреваемого тела и жидкости.

Начальный участок кривой показывает, что тепло отводится от изделия естественной конвекцией до тех пор, пока пузырьки пара не начнут подниматься с поверхности изделий (точка В на кривой). Отрезок кривой от В до С характеризует область пузырькового кипения, когда основная масса отводимого тепла идет на парообразование.

. В точке С - максимуме пузырьковой области - образуется так много пузырьков, что они стремятся слиться и распространиться по всей поверхности. В этом режиме изделие начинает перегреваться, так как пленка пара изолирует кипящую жидкость от теплоотдающей поверхности. Теплоотдача к пару происходит менее интенсивно, чем к кипящей жидкости, поэтому коэффициент теплоотдачи при этом снижается. Указанное явление носит название кризиса теплообмена.

Отрезок кривой от точки С до точки D называют областью пленочно-пузырькового кипения. В этой области на поверхности образуется неустойчивая пленка пара, которая может под действием циркуляционных потоков в жидкости изменять размеры, форму и даже исчезать; процесс переноса тепла неустойчив.

Обычно процесс скачком переходит от точки С к точке D, затем кривая поднимается до тех пор, пока в точке F не происходит расплавление или перегорание изделия. Температура будет быстро возрастать, так как для того, чтобы через слой пара теплопроводностью и лучеиспусканием могло 102

Рис. 4-25. Зависимость плотности отводимого теплового потока от разности температур нагреваемого тела и жидкости (кривая кипения)

I - естественная конвекция; 2 - пузырьковое кипение; S - пленочно-пузырьковое кипение; 4 - пленочный режим; С - кризис теплообмена

быть быстро перенесено большое количество тепла, перепад температуры между поверхностью и жидкостью должен быть очень большим.

Если охлаждающая жидкость имеет более низкую температуру кипения, то максимум кривой кипения смещается влево. Следовательно, жидкости с низкой температурой кипения (например, фреоны) более пригодны для охлаждения РЭА, работающей в низкотемпературном режиме.

Рассмотренная кривая относится к случаю отсутствия принудительного перемешивания жидкости. Поток тепла значительно возрастает, если кипящую жидкость принудительно перемешивать. При этом пузырьки пара будут удаляться с поверхности, увеличивая площадь контактирования с жидкостью.

Еще больший отвод тепла можно получить, если откачивать жидкость, охлаждать ее в другом месте и снова подавать к нагретому телу. .В этом случае поток тепла будет зависеть как от скорости жидкости, так и от различия температур изделия и жидкости.

До сих пор предполагалось, что корпус, в котором находится жидкость, плохо отводит тепло. Поэтому тепло, выделяемое изделием, будет накапливаться в жидкости. Даже при малом уровне поступающей мощности жидкость приблизится к точке кипения, если не обеспечить теплоотвода от стенок корпуса. Равновесие при отводе тепла от стенок может быть установлено при том или ином значении температуры в зависимости от рассмотренных ранее условий теплоотвода от тела в воздушной среде, закрепленного на теплоотводящем конструктивном основании. Следовательно, надо принимать меры для отвода тепла от наружной оболочки герметичного корпуса, в который залита жидкость и находится погруженное в нем изделие.

В процессе роста пузырька температура охлаждаемого участка поверхности повышается, а затем резко падает при отрыве пузырька и замещении его жидкостью. Задержка пузырька на участке поверхности приводит к тому, что средняя температура этого )частка оказывается чрезмерно высокой, так как большую часть времени участок будет покрыт паром. Поэтому рассматриваемый метод применим для больших охлаждаемых поверхностей, а не для малых, соизмеримых с размерами пузырьков.

Основной задачей при конструировании теплоотдающих поверхностей с испарительным охлаждением является обеспечение докризисного режима. Нельзя допускать, чтобы величина теплового потока с единицы поверхности была более критической. На практике это означает, что необходим некоторый запас по температуре.

Величина критической плотности теплового потока при кипении на теплоотдающей поверхности, погруженной в большой объем жидкости, когда благодаря естественной циркуляции кипящей жидкости ее температура равна температуре кипения при данном давлении *,

= 280гу"- [о (у - у")Г- {1 -f 10 [р, (у - ут (4-111)

где - критическая плотность теплового потока, вт/м; г - теплота парообразования, дж/ке; -у" - плотность сухого насыщенного пара, кг/м; у - плотность жидкости на линии насыщения, кг/м; а - поверхностное натяжение, н/м; g - ускорение силы тяжести, м/сек; р - вязкость жидкости на линии насыщения, н-сек/м.

Если при данном давлении температура жидкости ниже точки кипения, а температура охлаждаемой поверхности выше ее, то отрывающиеся от поверхности пузырьки пара, входя в более холодные слои жидкости, конденсируются. При этом величина критической плотности теплового потока значительно возрастает и может быть рассчитана следующим образом*:

нас) {ж = нас)

1 -f 0,065

(4-112)

Кутателадзе С. С, Боришанский В. М. Справочник по теплопередаче. Госэнергоиздат,

где fac - температура насыщения при данном давлении, X; - температура охлаждающей жидкости, °С; с - удельная теплоемкость теплоносителя, дж1{кг-град).

Если конфигурация теплоотдающей поверхности такова, что есть опасность образования застойных зон, где пузырьки пара не имеют свободного выхода, кризис кипения может наступить при значительно меньших плотностях тепловых потоков, чем устанавливаемые формулами (4-111) и (4-112).

Охлаждающая жидкость должна хорошо смачивать поверхность, иметь малую вязкость и низкую температуру загустевания.

Процесс кипения должен происходить без отложений на охлаждаемой стенке в результате термического разложения жидкости или выпадания содержащихся в ней солей. Жидкость должна быть химически инертной к материа-. лам, из которых выполнены охлаждаемые поверхности. Во многих случаях требуется иметь малые диэлектрические потери на рабочей частоте.

Рис. 4-26. Формы оребреиной поверхности радиаторов для испарительного охлаждения: а - ребристая поверхность; б - зубцовая

Преимущество фреоновых жидкостей для этих целей состоит в том, что они имеют низкую температуру затвердевания, невысокую температуру кипения (имеются фреоны с температурой кипения +25° С), удовлетворительную теплоемкость и теплопроводность, химически инертны и нетоксичны.

Для тех случаев охлаждения РЭА, когда возникает необходимость отводить тепловой поток столь большой плотности, что она превышает величину 9кр, теплоотдающую поверхность следует оребрить (рис. 4-26).

При плотностях тепловых потоков (отнесенных к гладкой теплоотдающей поверхности), меньших q, интенсивное пузырьковое кипение происходит в основном у основания ребер (зубцов). Если q i> q, то между ребрами или зубцами возникает местный кризис теплообмена. Локальная плотность тепло-съема с этих участков, достигнув q, начинает снижаться, а область пузырькового кипения смещается по высоте ребра. Однако возникновение кризиса не приводит к катастрофическому скачку температуры, так как резкое локальное уменьшение коэффициента теплоотдачи компенсируется высокой теплопроводностью ребер или зубцов. В таких случаях необходимо, чтобы размеры ребер, зубцов к зазоров между ними значительно превышали диаметр парового пузырька в момент его отрыва от теплоотдающей поверхности (для воды, кипящей при атмосферном давлении, d = 2 мм). Кроме того, конфигурация ребер и их расположение на поверхности должны способствовать уда-