7.2.5.1. Теплоносители

Теплоносители оказывают существенное влияние на эффективность, массу, габариты и эксплуатационные характеристики систем охлаждения. Требования к теплоносителям весьма многообразны и специфичны. В каждом конкретном случае теплоноситель выбирается с учетом его теплофизических, электрофизических и эксплуатационных свойств.

Для оценки пригодности жидкостей и газов в качестве теплоносителя можно использовать информацию о теплофизических свойствах, приведенную в [1].

Воздух, как теплоноситель, широко применяется в системах охлаждения наземного и авиационного оборудования, что обусловлено такими его преимуществами, как химическая инертность, малая электропроводность и теплопроводность, масса и т.д. Однако воздух не может обеспечивать съем больших плотностей теплового потока.

Хорошим теплоносителем является вода. Недостаток воды - высокая температура кипения и замерзания. Для снижения температуры кипения применяют водные растворы легкокипящих жидкостей. Например, 30 %-ный водный раствор этилового спирта имеет соответственно температуры кипения и замерзания +84^оС и -24^оС, а 80%-ный раствор - +79^оС и -51^оС.

В системах охлаждения широко применяются фторорганические жидкости - перфторуглероды общей формулы . Эти жидкости негорючие, инертны по отношению к металлам и изоляционным материалам, обладают хорошей теплопроводностью и теплоемкостью, низкой электропроводностью (удельное объемное сопротивление равно 10¹⁰…10¹⁴Ом·м и высокой электрической прочностью (пробивное напряжение достигает 50…300 кВ/см), причем электрическая прочность не зависит от температуры и сохраняется при температуре кипения. Диэлектрическая проницаемость жидкостей перфторпарафинов, фторированных аналогов аминов, близка к диэлектрической проницаемости воздуха () и сравнительно мало изменяется в широких температурных пределах.

По своим свойствам фтороуглероды близки к сжиженным инертным газам. Температура кипения их, в зависимости от химической структуры, лежит в пределах + (30…190) ^оС, замерзания - (30…160) ^оС.

Теплофизические, химические и электрофизические свойства этих жидкостей позволяют использовать их в жидкостно-испарительных системах, где источники тепла имеют непосредственный контакт с жидкостью.

Недостатком фторорганических жидкостей является их повышенная летучесть, что накладывает определенные требования к конструктивному оформлению систем охлаждения.

7.2.5.2. Теплообменники

Под теплообменником понимается устройство, в котором осуществляется передача тепла от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку.

Конструкция теплообменников может быть самой различной. Простейшей конструкцией теплообменника является "труба в трубе" (рис. 7.2.5.1), в котором один из теплоносителей протекает по внутренней трубе, другой (хладагент) - в межтрубном пространстве.

Рис. 7.2.5.1. Простейший теплообменник "труба в трубе": а - с прямотоком, б - с противотоком

В зависимости от направления взаимного протекания теплоносителя и хладагента теплообменники различают с прямотоком, противотоком. Изменение температуры теплоносителя и хладагента по длине теплообменника представлено на рис. 7.2.5.1.

В РЭС используются более сложные конструкции теплообменников. Наибольшее применение нашли кожухотрубные и компактные теплообменники (рис. 7.2.5.2).

В кожухотрубных теплообменниках одни ветви внутренних трубок работают в условиях прямотока, другие - противотока. В изображенном компактном теплообменнике теплоноситель и хладагент движутся под прямым углом по специальным каналам (схема перекрестного тока).

Рис. 7.2.5.2. Теплообменники: а - кожухотрубный; б - компактный

В компактных теплообменниках за счет оребрения (стенки каналов) удается получить высокие значения тепловых потоков от теплоносителя к хладагенту при сравнительно небольших объемах устройства.