Раздел 2
Теплофизические модели и принципы расчета и проектирования СТР ПОК РЭА
2.1. Исходные положения и принципы
Построение теоретических основ расчета и конструирования СТР предполагает
необходимость определения множества схемных решений этих систем. Такое
множество должно включать в себя не только существующие и проектируемые
варианты, но и прогнозируемые перспективные типы СТР, содержащие все возможные
формы усовершенствования их схем.
Известно, что масштабы и границы того, что составляет множество схемных решений
СТР неопределенны. Информация о существующей практике отсутствует, а имеющиеся
ограниченные публикации [45, 98, 157] свидетельствуют о применении простейших
решений, не обеспечивающих достижения лучших технико-экономических
показателей.
Таким образом, на этапе определения состава и границ множества возможных
вариантов схемных решений СТР необходимо представить:
Каковы вероятные объекты терморегулирования и каковы теплофизические
ограничения и требования для обеспечения их надежных тепловых режимов?
Каковы возможности систематизации объектов терморегулирования с учетом
ограничений и требований по обеспечению тепловых режимов?
Каковы естественные и возможные искусственные тепловые связи между объектами
СТР и между объектами, аппаратами СТР и окружающей средой?
При этом предполагается, что объектами СТР являются те составные элементы АМ,
тепловой режим которых должен быть обеспечен. Таковыми являются все приборы,
блоки, стойки, шкафы РЭА, находящиеся в едином внутреннем объеме ПОК РЭА.
К важнейшим объектам терморегулирования ПОК РЭА относятся операто-
ры с учетом всех специфических требований по обеспечению нормального
тепло-влажностного режима их работы.
Под аппаратами СТР понимаются те элементы собственно системы
терморегулирования, которые обеспечивают реализацию самих процедур
терморегулирования: вентиляторы, воздуховоды, теплообменники, в том числе такие
как испарители парокомпрессионных ХМ, обеспечивающие отвод тепла от воздушного
потока или через тепловые связи от объектов терморегулирования, конденсаторы
ХМ, система автоматического управления.
Следует также определить существование или отсутствие источников (стоков) тепла
помимо объектов СТР.
Такими источниками (или стоками) тепла являются элементы корпуса,
ограничивающего внутренний объем ПОК РЭА. К таким источникам можно также
отнести и потоки воздуха, поступающие из окружающей среды во внутренний объем
ПОК РЭА.
Необходимость введения искусственных источников холода (тепла). Определение
такой необходимости представляет одну из важнейших задач. На уровне "да"-"нет"
ответ на этот вопрос, как хорошо известно, устанавливается из простого анализа
температурно-влажностных ограничений объектов СТР и параметров окружающей
среды.
Такой анализ предполагает необходимым, в качестве первого шага, прямое
сопоставление температурных ограничений по объектам СТР с температурой
окружающей среды, а также сопоставление ограничений по влажности (для
операторов) с влажностью окружающей среды.
Если заданное максимальное значение температуры окружающей среды [tОС] и
максимально допустимые температуры объектов [tЭ]1...[tЭ]i, тогда система
условий, определяющих возможность применения СТР без искусственных источников
холода имеет вид:
(2.1)
где dt1, dt2...dti – минимальные реализуемые значения перегревов
характерных поверхностей 1, 2...i-ых объектов.
В общем случае dti определяется рассеиваемой мощностью i-ого объекта Qi,
внутренним термическим сопротивлением RВ переносу тепла от источника
тепловыделения к характерной поверхности Si, внешним термическим сопротивлением
RН или коэффициентом теплоотдачи ai от внешней поверхности Si к
теплохладоносителю. То есть, для определения dti могут использоваться известные
формулы:
(2.2)
Таким образом, следует различать СТР без применения искусственных источников
холода, которые принято называть пассивными, когда может использоваться
естественный положительный температурный потенциал между значением максимально
допустимой температуры i-ого объекта [tЭ]i и температурой окружающей среды.
Если для существенной доли общей тепловой мощности рассеивания SQi=Q0 условия
(2.1) не выполняются, тогда необходимо применение источника искусственного
холода. Такие СТР будем определять как активные.
Возможны условия, при которых для отдельных объектов, имеющих общую малую
мощность рассеивания Qi, в сравнении с общей мощностью SQi, рационально
применение индивидуальных СТР - пассивной для основных объектов теплоотвода и
активной – для всех остальных.
Таким образом, в систематике СТР все множество схемных решений СТР может быть
разделено на пассивные, активные и комбинированные, а от возможных вариантов
сочетания величин [tЭ]i, Qi, RBi, RHi зависят масштабы и границы множества
схемных решений СТР.
Естественно, что [tЭ]i, Qi, RBi, RHi для каждого типа РЭА имеют широкие
диапазоны значений. При строгом учете в различиях упомянутых величин возможное
множество вариантов комбинаций, требований и ограничений по СТР представляется
неисчислимым. Вместе с тем, анализ имеющейся информации по ПОК РЭА
разнообразного применения, выполненный в разделе 1, показывает, что физические
принципы, обеспечивающие функционирование приборов РЭА различного назначения,
определяющим образом влияют на главные теплофизические параметры приборов –
допустимые максимальные температуры рабочих поверхностей [tЭ]i и плотности
поверхностных тепловых потоков [qЭ]i на теплонагруженных участках рабочих
поверхностей. По этим параметрам РЭА можно разделить н