Радиатор – это теплообменник , используемый для передачи тепловой энергии от одной среды к другой с целью охлаждения и обогрева. Большинство радиаторов предназначены для использования в автомобилях , зданиях и электронике .
Радиатор всегда является источником тепла для окружающей среды, хотя это может быть сделано либо с целью нагрева окружающей среды, либо для охлаждения подаваемой к нему жидкости или охлаждающей жидкости , как в случае с охлаждением автомобильного двигателя и сухими градирнями HVAC . Несмотря на название, большинство радиаторов передают большую часть тепла посредством конвекции , а не теплового излучения . [ нужна цитата ]
Римский гипокауст — ранний пример типа радиатора для отопления помещений. Францу Сан Галли , русскому бизнесмену прусского происхождения , живущему в Санкт-Петербурге , приписывают изобретение радиатора отопления около 1855 года, [1] [2] получивший патент на радиатор в 1857 году, [3] но американец Джозеф Нейсон разработал примитивный радиатор в 1841 году [4] и получил ряд патентов США на систему горячего водяного и парового отопления. [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 по двум механизмам: тепловое излучение и конвекция в поток воздуха или жидкости. Проводимость обычно не является основным источником теплопередачи в радиаторах. Радиатор может даже передавать тепло путем изменения фазы , например, при сушке 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.
Чтобы увеличить площадь поверхности, доступной для теплообмена с окружающей средой, радиатор будет иметь несколько ребер, контактирующих с трубкой, по которой через радиатор прокачивается жидкость. Воздух (или другая внешняя жидкость), контактирующий с ребрами, отводит тепло. Если поток воздуха затруднен из-за грязи или повреждения ребер, эта часть радиатора неэффективна для передачи тепла.
Радиаторы обычно используются для обогрева зданий на европейском континенте. В системе радиационного центрального отопления горячая вода или иногда пар генерируется в центральном котле и циркулирует насосами через радиаторы внутри здания, где это тепло передается в окружающую среду.
В некоторых странах портативные радиаторы обычно используются для обогрева одной комнаты как более безопасная альтернатива обогревателям и тепловентиляторам .
Радиаторы используются в сухих градирнях и градирнях с замкнутым контуром для охлаждения зданий с использованием чиллеров с жидкостным охлаждением для отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), сохраняя при этом охлаждающую жидкость чиллера изолированной от окружающей среды.
Радиаторы применяются для охлаждения двигателей внутреннего сгорания , главным образом в автомобилях, но также в поршневых самолетах, железнодорожных локомотивах , мотоциклах , стационарных электростанциях и других местах, где используются тепловые двигатели ( водные суда , имеющие неограниченный запас относительно прохладной воды снаружи, вместо этого обычно используют жидкостно-жидкостные теплообменники ).
Для охлаждения теплового двигателя охлаждающая жидкость пропускается через блок двигателя , где она поглощает тепло от двигателя. Затем горячая охлаждающая жидкость подается во впускной бачок радиатора (расположен либо в верхней части радиатора, либо вдоль одной стороны), откуда она распределяется по сердцевине радиатора через трубки в другой бачок на противоположном конце радиатора. . Когда охлаждающая жидкость проходит через трубки радиатора на пути к противоположному баку, она передает большую часть своего тепла трубкам, которые, в свою очередь, передают тепло ребрам, расположенным 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. Остывшая жидкость подается обратно в двигатель, и цикл повторяется. Обычно радиатор не снижает температуру охлаждающей жидкости до температуры окружающего воздуха, но он все еще достаточно охлаждается, чтобы предотвратить перегрев двигателя.
Эта охлаждающая жидкость обычно изготавливается на водной основе с добавлением гликолей для предотвращения замерзания и других присадок для ограничения коррозии , эрозии и кавитации . Однако охлаждающей жидкостью также может быть масло. В первых двигателях для циркуляции охлаждающей жидкости использовались термосифоны ; сегодня, однако, во всех двигателях, кроме самых маленьких, используются насосы . [5]
До 1980-х годов сердечники радиаторов часто изготавливались из меди (ребер) и латуни (трубок, коллекторов и боковых пластин), тогда как баки также могли быть изготовлены из латуни или пластика , часто из полиамида . Начиная с 1970-х годов, использование алюминия увеличилось, и в конечном итоге он занял подавляющее большинство автомобильных радиаторов. Основными стимулами для использования алюминия являются снижение веса и стоимости. [ нужна цитата ]
Поскольку воздух имеет меньшую теплоемкость и плотность , чем жидкие охлаждающие жидкости, через сердцевину радиатора должен продуваться довольно большой объемный расход (по сравнению с охлаждающей жидкостью), чтобы захватить тепло от охлаждающей жидкости. Радиаторы часто имеют один или несколько вентиляторов , продувающих воздух через радиатор. Чтобы снизить энергопотребление вентиляторов в транспортных средствах, радиаторы часто располагаются за решеткой в передней части автомобиля. Набегающий воздух может обеспечить часть или весь необходимый поток охлаждающего воздуха, когда температура охлаждающей жидкости остается ниже расчетной максимальной температуры системы, а вентилятор остается отключенным. [ нужна цитата ]
Поскольку электронные устройства становятся меньше, проблема рассеивания отходящего тепла становится более сложной. Крошечные радиаторы, известные как радиаторы, используются для передачи тепла от электронных компонентов в поток охлаждающего воздуха. Радиаторы не используют воду, а отводят тепло от источника. Высокопроизводительные радиаторы содержат медь, обеспечивающую лучшую проводимость. Тепло передается воздуху путем проводимости и конвекции; сравнительно небольшая часть тепла передается излучением из-за низкой температуры полупроводниковых приборов по сравнению с окружающей средой.
Радиаторы также используются в контурах жидкостного охлаждения для отвода тепла.
Радиаторы встречаются в составе некоторых космических кораблей. Эти радиаторы работают, излучая тепловую энергию в виде света (обычно в инфракрасном диапазоне, учитывая температуры, при которых пытается работать космический корабль), потому что в космическом вакууме ни конвекция, ни проводимость не могут передавать тепло. На Международной космической станции их можно ясно увидеть как большие белые панели, прикрепленные к основной ферме . Их можно встретить как на кораблях с экипажем, так и без экипажа. [6]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )