Радиатор — это теплообменник , используемый для передачи тепловой энергии из одной среды в другую с целью охлаждения и нагрева. Большинство радиаторов сконструированы для работы в автомобилях , зданиях и электронике .
Радиатор всегда является источником тепла для окружающей среды, хотя это может быть как для нагрева окружающей среды, так и для охлаждения жидкости или охлаждающей жидкости, подаваемой в него, как в случае с охлаждением автомобильных двигателей и сухими градирнями HVAC . Несмотря на название, большинство радиаторов передают большую часть своего тепла посредством конвекции, а не теплового излучения . [ необходима цитата ]
Римский гипокауст является ранним примером типа радиатора для отопления помещений в зданиях. Франц Сан Галли , русский бизнесмен прусского происхождения , живший в Санкт-Петербурге , считается изобретателем радиатора отопления около 1855 года, [1] [2] получив патент на радиатор в 1857 году, [3] но американец Джозеф Нейсон разработал примитивный радиатор в 1841 году [4] и получил ряд патентов США на водяное и паровое отопление. [4]
_at_Gdansk_University_of_Technology,_Poland.jpg/1280px-Vintage_radiator_in_students_laboratory_(1904)_at_Gdansk_University_of_Technology,_Poland.jpg)
Передача тепла от радиатора происходит двумя способами: тепловое излучение и конвекция в текущий воздух или жидкость. Обычно теплопроводность не является основным источником передачи тепла в радиаторах. Радиатор может даже передавать тепло путем фазового перехода , например, сушка пары носков. На практике термин «радиатор» относится к любому из ряда устройств, в которых жидкость циркулирует по открытым трубам (часто с ребрами или другими средствами увеличения площади поверхности). Термин « конвектор » относится к классу устройств, в которых источник тепла не подвергается непосредственному воздействию.
Для увеличения площади поверхности, доступной для теплообмена с окружающей средой, радиатор будет иметь несколько ребер, контактирующих с трубкой, несущей жидкость, прокачиваемую через радиатор. Воздух (или другая внешняя жидкость), контактирующий с ребрами, отводит тепло. Если поток воздуха затруднен грязью или повреждением ребер, эта часть радиатора неэффективна для теплопередачи.
Радиаторы обычно используются для отопления зданий на европейском континенте. В системе центрального отопления с лучистым обогревом горячая вода или иногда пар генерируются в центральном котле и циркулируют с помощью насосов через радиаторы внутри здания, где это тепло передается в окружающую среду.
В некоторых странах переносные радиаторы широко используются для обогрева одной комнаты как более безопасная альтернатива обогревателям и тепловентиляторам .
Радиаторы используются в сухих градирнях и градирнях замкнутого цикла для охлаждения зданий с использованием чиллеров с жидкостным охлаждением для отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), при этом хладагент чиллера изолирован от окружающей среды.
Радиаторы применяются для охлаждения двигателей внутреннего сгорания , в основном в автомобилях, а также в поршневых самолетах, железнодорожных локомотивах , мотоциклах , стационарных электростанциях и других местах, где используются тепловые двигатели ( на водных судах , имеющих неограниченный запас относительно холодной воды снаружи, обычно вместо них используются теплообменники жидкость-жидкость ).
Для охлаждения теплового двигателя охлаждающая жидкость пропускается через блок двигателя , где она поглощает тепло из двигателя. Затем горячая охлаждающая жидкость подается во впускной бачок радиатора (расположенный либо сверху радиатора, либо вдоль одной из сторон), из которого она распределяется по сердечнику радиатора по трубкам в другой бачок на противоположном конце радиатора. Когда охлаждающая жидкость проходит по трубкам радиатора на своем пути к противоположному бачку, она передает большую часть своего тепла трубкам, которые, в свою очередь, передают тепло ребрам, которые размещены между каждым рядом трубок. Затем ребра отдают тепло окружающему воздуху. Ребра используются для значительного увеличения поверхности контакта трубок с воздухом, тем самым увеличивая эффективность обмена. Охлажденная жидкость подается обратно в двигатель, и цикл повторяется. Обычно радиатор не снижает температуру охлаждающей жидкости обратно до температуры окружающего воздуха, но она все еще достаточно охлаждена, чтобы не допустить перегрева двигателя.
Эта охлаждающая жидкость обычно на водной основе с добавлением гликолей для предотвращения замерзания и других добавок для ограничения коррозии , эрозии и кавитации . Однако охлаждающая жидкость может быть и маслом. Первые двигатели использовали термосифоны для циркуляции охлаждающей жидкости; сегодня, однако, все, кроме самых маленьких двигателей, используют насосы . [5]
До 1980-х годов сердцевины радиаторов часто изготавливались из меди (для ребер) и латуни (для трубок, коллекторов и боковых пластин, в то время как баки также могли быть сделаны из латуни или пластика , часто полиамида ). Начиная с 1970-х годов, использование алюминия увеличилось, в конечном итоге заняв подавляющее большинство автомобильных радиаторов. Основными стимулами для алюминия являются снижение веса и стоимости. [ необходима цитата ]
Поскольку воздух имеет меньшую теплоемкость и плотность , чем жидкие охлаждающие жидкости, достаточно большой объемный расход (относительно охлаждающей жидкости) должен быть продут через сердцевину радиатора, чтобы захватить тепло от охлаждающей жидкости. Радиаторы часто имеют один или несколько вентиляторов , которые продувают воздух через радиатор. Чтобы сэкономить потребление энергии вентилятором в транспортных средствах, радиаторы часто располагаются за решеткой в передней части транспортного средства. Набегающий поток воздуха может дать часть или весь необходимый поток охлаждающего воздуха, когда температура охлаждающей жидкости остается ниже расчетной максимальной температуры системы, а вентилятор остается отключенным. [ необходима цитата ]
По мере того, как электронные устройства становятся меньше, проблема рассеивания отработанного тепла становится все более сложной. Крошечные радиаторы, известные как радиаторы, используются для передачи тепла от электронных компонентов в поток охлаждающего воздуха. Радиаторы не используют воду, а проводят тепло от источника. Высокопроизводительные радиаторы имеют медь для лучшей проводимости. Тепло передается в воздух посредством теплопроводности и конвекции; относительно небольшая доля тепла передается излучением из-за низкой температуры полупроводниковых приборов по сравнению с их окружением.
Радиаторы также используются в контурах жидкостного охлаждения для отвода тепла.
Радиаторы являются компонентами некоторых космических аппаратов. Эти радиаторы работают, излучая тепловую энергию в виде света (обычно инфракрасного, учитывая температуры, при которых космические аппараты пытаются работать), поскольку в вакууме космоса ни конвекция, ни проводимость не могут работать для передачи тепла. На Международной космической станции их можно ясно увидеть как большие белые панели, прикрепленные к главной ферме . Их можно найти как на пилотируемых, так и на беспилотных кораблях. [6]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )