Что такое охлаждение в физике

Конспект

что такое охлаждение в физике

Изменение внутренней энергии путём совершения работы характеризуется величиной работы, т.е. работа является мерой изменения внутренней энергии в данном процессе. Изменение внутренней энергии тела при теплопередаче характеризуется величиной, называемой количествоv теплоты.

Количество теплоты – это изменение внутренней энергии тела в процессе теплопередачи без совершения работы.  Количество теплоты обозначают буквой Q.

Работа, внутренняя энергия и количество теплоты измеряются в одних и тех же единицах — джоулях (Дж), как и всякий вид энергии.

В тепловых измерениях в качестве единицы количества теплоты раньше использовалась особая единица энергии — калория (кал), равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 грамма воды на 1 градус Цельсия (точнее, от 19,5 до 20,5 °С). Данную единицу, в частности, используют в настоящее время при расчетах потребления тепла (тепловой энергии) в многоквартирных домах. Опытным путем установлен механический эквивалент теплоты — соотношение между калорией и джоулем: 1 кал = 4,2 Дж.

При передаче телу некоторого количества теплоты без совершения работы его внутренняя энергия увеличивается, если тело отдаёт какое-то количество теплоты, то его внутренняя энергия уменьшается.

Если в два одинаковых сосуда налить в один 100 г воды, а в другой 400 г при одной и той же температуре и поставить их на одинаковые горелки, то раньше закипит вода в первом сосуде. Таким образом, чем больше масса тела, тем большее количество тепла требуется ему для нагревания. То же самое и с охлаждением.

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела зависит еще и от рода вещества, из которого это тело сделано. Эта зависимость количества теплоты, необходимого для нагревания тела, от рода вещества характеризуется физической величиной, называемой удельной теплоёмкостью вещества.

Смотрите также конспект «Решение задач на количество теплоты»

Удельная теплоёмкость

Удельная теплоёмкость – это физическая величина, равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг вещества для нагревания его на 1 °С (или на 1 К). Такое же количество теплоты 1 кг вещества отдаёт при охлаждении на 1 °С.

Удельная теплоёмкость обозначается буквой с. Единицей удельной теплоёмкости является 1 Дж/кг °С или 1 Дж/кг °К.

Значения удельной теплоёмкости веществ определяют экспериментально. Жидкости имеют большую удельную теплоёмкость, чем металлы; самую большую удельную теплоёмкость имеет вода, очень маленькую удельную теплоёмкость имеет золото.

Поскольку кол-во теплоты равно изменению внутренней энергии тела, то можно сказать, что удельная теплоёмкость показывает, на сколько изменяется внутренняя энергия 1 кг вещества при изменении его температуры на 1 °С. В частности, внутренняя энергия 1 кг свинца при его нагревании на 1 °С увеличивается на 140 Дж, а при охлаждении уменьшается на 140 Дж.

Количество теплоты Q, необходимое для нагревания тела массой m от температуры t1°С до температуры t2°С, равно произведению удельной теплоёмкости вещества, массы тела и разности конечной и начальной температур, т.е.

Q = c ∙ m (t2 — t1) 

По этой же формуле вычисляется и количество теплоты, которое тело отдаёт при охлаждении. Только в этом случае от начальной температуры следует отнять конечную, т.е. от большего значения температуры отнять меньшее.

Это конспект по теме «Количество теплоты. Удельная теплоёмкость». Выберите дальнейшие действия:

Источник: https://uchitel.pro/%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE-%D1%82%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D1%82%D1%8B/

Воздушные системы охлаждения ПК

что такое охлаждение в физике

Каждый компьютер в процессе работы генерирует тепло. Это может быть самый маленький ноутбук. Это может быть супермощный игровой компьютер. В любом случае генерация тепла будет. И налицо проблема, которая приобрела особую актуальность в электронике.

Проблема заключается в том, что температура бывает очень высокой. А в результате начинают «плыть» параметры полупроводниковых элементов. К примеру, у компьютера снижается производительность. Но бывает и того хуже, когда что-либо просто выходит из строя.

В настоящее время воздушное охлаждение считается самым распространенным. В основе действия воздушной системы положен принцип, когда тепло с нагревающегося элемента компьютера напрямую передается на радиатор. А потом оно будет рассеяно в окружающем пространстве.

Разновидности воздушного охлаждения

Эффективность такого метода высока. Однако она зависит от некоторых условий.

Таковыми являются полезная площадь радиатора; материал, из которого он сделали, а также то, с какой скоростью проходит поток воздуха. Скажем, по сравнению с алюминием медь является лучшим проводником тепла. Однако за медь, конечно, придется и заплатить больше. Также для того, чтобы радиатор лучше отдавал тепло, могут применить чернение его поверхности.

Воздушное охлаждение компьютера бывает пассивным и активным.

Под активным охлаждением нужно подразумевать, что, кроме радиатора, есть еще и вентилятор. А он делает процесс более ускоренным, когда тепло отводится в окружающее пространство от трубок радиатора. Обычно вентиляторы активного охлаждения, которые также называют кулерами, используют для того, чтобы охлаждать самые «горячие» компоненты компьютера. Таковыми являются видеокарта и процессор.

Установка пассивного охлаждения преимущественно производится на те элементы компьютера, которые нагреваются во время работы, но не очень сильно. Все потому, что эффективность такого охлаждения намного меньше, чем у активного охлаждения.

Впрочем, существуют и пассивные радиаторы, специально предназначенные для того, чтобы получить бесшумную систему. У них высокая эффективность отвода тепла, хотя скорость потока воздуха низкая.

Как правило, процессоры и видеокарты поставляют вместе с мощными вентиляторами. Вместе с корпусным вентилятором он составляют своеобразное трио воздушного охлаждения типичного стационарного компьютера.

Преимущества и недостатки воздушного охлаждения

Безусловно, стоимость вентиляторов для охлаждения по сравнению со стоимостью установок для жидкостного охлаждения намного меньше. Даже когда вы купите самые эффективные вентиляторы, то все равно заплатите намного меньше для этой модернизации.

Еще одно достоинство заключается в том, что устройство просто устанавливать. Ведь куда проще применить 4 винта и прикрепить вентилятор к системе, чем создавать свою собственную установку водяного охлаждения.

Для объективности надо сказать, что у традиционного воздушного охлаждения есть и три недостатка.

Прежде всего, у охлаждения небольшая эффективность. Иногда появляются проблемы с процессорами, которые сильно разогнаны, а также с мощными системами, в которых применяется пара видеокарт. Также недостатками являются высокий уровень шума и большие габариты радиаторов.

Для того, чтобы добиться эффективного охлаждения без применения шумных вентиляторов, у системного блока должно быть низкое сопротивление для воздуха, проходящего через него. У профессионалов это принято называть аэродинамическим сопротивлением.

Иначе говоря, когда воздух с трудом пробивается через тесное пространство, которое наполнено компонентами и кабелями, то появляется необходимость в установке вентиляторов, у которых большое избыточное давление. А это неизбежно ведет к созданию сильного шума.

Пыль тоже создает большие проблемы. Чем больше нужно прокачивать воздуха, тем чаще необходимо производить чистку внутри корпуса.

 

Источник: https://mcgrp.ru/article/4895-vozdushnyie-sistemyi-ohlajdeniya-pk

Виды охлаждения ПК: что лучше использовать обычному пользователю

что такое охлаждение в физике

Последнее обновление — 4 января 2020 в 14:25

Для охлаждения современных компьютеров и их компонентов придумано несколько основных типов и способов. В этой статье я рассмотрю основные виды охлаждения ПК. Давайте начинать

Жидкостное

Принцип работы состоит в передаче тепла от нагревающегося элемента охлаждающему радиатору. Это происходит при помощи рабочей жидкости (обычно воды), которая циркулирует в системе по специальным трубкам.

Плюсы →

  • Эффективность охлаждения, лучше традиционного воздушного
  • Качественные системы работают очень тихо
  • Такая система может выглядеть очень красиво в прозрачном корпусе, если есть подсветка.

Минусы →

  • Водянка будет стоить всегда дороже, чем вентиляторы
  • Высокие требования к качеству сборки и установки. Необходим надежный компьютерный корпус
  • Постоянный контроль за работой системы и ее обслуживание, если что-то пойдет не так и будет протечка жидкости, то вы можете лишиться дорогостоящего оборудования.

Воздушное

Можно разделить на →

Принцип работы пассивного охлаждения заключается в передаче тепла от нагревающегося элемента на радиатор. Радиатор может быть сделан из алюминия или меди, а более продвинутые модели имеют тепловые трубки, которые помогают увеличить площадь рассеивания тепла.

Радиатор полученное тепло рассеивает в окружающее пространство, тем самым отводя его от нагревающихся компонентов.

Эффективность такого пассивного охлаждения, напрямую зависит от циркуляции воздуха и его температуры.

Чем больше объема воздуха, участвует в теплообмене и чем ниже его температура, тем лучше работает пассивное охлаждение.

Субъективно, полностью пассивную воздушную систему охлаждения создать невозможно, так как для создания потоков воздуха внутри замкнутого объема, так или иначе нужны вентиляторы.

Плюсы →

  • Относительная бесшумность
  • Меньше вентиляторов — выше надёжность, но надо просчитать, хватит ли возможностей вашей пассивной системы для охлаждения всех компонентов компьютера.

Минусы →

  • Заводское пассивное охлаждение дорогое удовольствие. В основном им занимаются моддеры и энтузиасты, для которых цена не важна
  • Требуется компьютерный корпус большого объема, для достаточной циркуляции воздуха и продуманную систему охлаждения всего системного блока
  • В таких условиях, к разгону компьютера нужно подходить очень осторожно.

Ну а теперь подробно разберем активное воздушное охлаждение. Оно самое распространенное и недорогое. Главное подойти к его организации с умом.

В этом способе используются вентиляторы совместно с радиаторами. Обычно их называют куллерами. Вентилятор обдувает радиатор, который отводит тепло от греющего его компонента компьютерной системы. Чем больше воздушный поток проходящий через радиатор и чем он холоднее, тем эффективнее происходит охлаждение.

Плюсы →

  • Дешевле и надежнее, чем жидкостное охлаждение
  • Большая гибкость в организации систем охлаждения ПК.

Минусы →

  • Шум от большого количества работающих вентиляторов. Если брать вентиляторы большего размера, хорошего качества и с небольшой скоростью вращения, можно сильно снизить издаваемый шум системным блоком. Нужен комплексный подход
  • В мощных системах, где большое энергопотребление и соответственно высокое выделение тепла, требуется грамотная организация воздушных потоков и обдуманного подхода к охлаждению каждого сильно греющегося компонента (видеокарта и процессор).

Фреоновые установки

Принцип работы системы охлаждения на основе фреона, несмотря на внешне сложное устройство, довольно прост. Это холодильник в компьютере.

В замкнутом контуре циркулирует газ (фреон), который забирает тепло от центрального процессора или видеокарты. Двигаясь дальше по контуру, он охлаждается в специальном радиаторе. Дальше, охлажденный фреон под давлением, поступает к охлаждаемым компонентам и процесс повторяется снова.

Плюсы →

  • Можно добиться очень низких температур, что положительно скажется на возможностях разгона.

Минусы →

  • Сложность монтажа и обслуживания
  • При неправильном подходе, может образовываться конденсат, что приведет к выходу из строя электроники
  • Высокое энергопотребление и цена.

Криогенное или азотное

Жидкий азот представляет собой прозрачную жидкость, без цвета и запаха, с температурой кипения -196 градусов по Цельсию!

Криогенные системы охлаждения с жидким азотом представляют из себя металлический (чаще всего медный) стакан. Такие стаканы делают в основном для охлаждения процессора и видеокарты. Они, как и радиаторы, плотно закрепляются с охлаждаемым элементом. Далее компьютер запускается и начинает вручную наливаться в стакан/ы азот. В процессе охлаждения он постепенно испаряется, поэтому его постоянно необходимо подливать.

На охлаждении азотом, ставятся все рекорды по разгону железа.

Криогенные установки используются только для экстремального охлаждения.

Плюс у данного вида охлаждения ПК только один — этот способ лучше всего охлаждает.

Остальное — одни минусы. Цена, неудобство, сложность и т.п.

Элемент Пельтье

Термоэлектрический преобразователь (термоэлектрический охладитель), принцип действия которого базируется на возникновении разности температур при протекании электрического тока.

В принципе работы элементов Пельтье лежит контакт двух полупроводниковых материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости.

В зависимости от направления тока верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются — или наоборот. Таким образом электрический ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаёт разность температур.

Если нагревающуюся сторону элемента Пельтье охлаждать при помощи радиатора и вентилятора, то температура холодной стороны станет ещё ниже. Разность температур может достигать 70 °C.

До азотного охлаждения, энтузиасты использовали модуль Пельтье для охлаждения процессоров при экстремальном разгоне.

Плюсы →

  • Небольшие размеры
  • Отсутствие движущихся частей, газов и жидкостей
  • Бесшумность.

Минусы →

  • Более низкий КПД, чем у установок на фреоне. Это ведёт к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур.

Так же существуют различные комбинации всех перечисленных выше систем, но их практическая реализация очень сложна.

По совокупности всех положительных качеств, лучшим способом охлаждения компьютера и комплектующих, остается воздушное охлаждение.

Источник: https://AgePC.ru/zhelezo/ohlazhdenie/vidy-ohlazhdeniya-pk

Время охлаждения (нагрева)

14 Июл 2018
Рубрика: Теплотехника | 38 комментариев

Нестационарный режим теплообмена – это режим, когда температура тел или сред, участвующих в  процессе обмена тепловой энергией изменяется во времени. При этом время охлаждения (нагрева) – это аргумент функции температуры тела. Зависимость температуры от времени

характеризуется скоростью теплового обмена, которая пропорциональна разности температур тела и окружающего пространства.

В отличие от стационарного режима, при котором температуры всех точек системы остаются неизменными длительное время, нестационарный теплообмен возникает, например, при помещении тела в среду с более низкой или более высокой температурой.

Если среда – это условно бесконечное пространство (например, атмосферный воздух или вода в «большой» ёмкости), то влияние тела на температуру среды ничтожно, поэтому охлаждение (нагрев) тела происходит при условно постоянной температуре окружающего газа или жидкости.

Заметим, что охлаждение тела сточки зрения математики – это нагрев со знаком «минус». И нагрев, и охлаждение описываются одними и теми же формулами!

О каких задачах может идти речь? Представим небольшой перечень вопросов, на которые можно попытаться ответить, используя предложенный далее расчет в Excel:

  • Сколько времени будет нагреваться деталь в печи?
  • Сколько времени остывает отливка после выбивки из формы?
  • Сколько времени требуется для нагрева воды в бочке на даче?
  • Через какое время перемерзнет наружный водопровод при отсутствии разбора?
  • Сколько времени нужно на охлаждение банки пива в холодильнике?

Расчет в Excel времени охлаждения (нагрева)

Алгоритм расчета базируется на законе Ньютона-Рихмана и на теоретических и практических исследованиях регулярного теплового режима советскими учеными Г.М. Кондратьевым («Регулярный тепловой режим», Москва, 1954г.) и М.А. Михеевым («Основы теплопередачи», Москва, 1977 г.).

Для примера выбран расчет времени нагрева до +22 °C в комнате с температурой воздуха +24 °C пивной алюминиевой банки с водой, предварительно охлажденной до +13 °C.

Исходные данные:

Параметров, необходимых для выполнения расчета времени охлаждения (нагрева) – 12 (см. скриншот).

Ориентировочные сведения о значениях коэффициента теплоотдачи α приведены в примечании к ячейке D3.

Теплофизические характеристики материала тела λ, a, ρ, c легко можно найти в справочниках или по запросу в Интернете. В нашем примере – это параметры воды.

В принципе, для выполнения расчета достаточно знать значения любой из пар характеристик:  λ, a или ρ, c. Но для возможности выполнения проверки и минимизации вероятности ошибки рекомендую заполнить значениями все 4 ячейки.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Веко кто производитель страна

Вводим значения исходных данных в соответствующие ячейки листа Excel и считываем результат: нагрев воды от +13 °C до +22 °C в спокойном воздухе комнаты с постоянной температурой +24 °C   будет длиться 3 часа 25 минут.

Для справки в самом конце таблицы вычислено время нагрева без учета формы тела – 3 часа 3 минуты.

Алгоритм расчета:

  • 13.1. F=2·H·L+2·B·L+2·H·B – для параллелепипеда;
  • 13.2. F·D·L+2·π·D2/4 – для цилиндра;
  • 13.3. F=π·D2 – для шара.
  • 14.1. V=H·L·B – для параллелепипеда;
  • 14.2. V=L·π·D2/4 – для цилиндра;
  • 14.3. V=π·D3/6 – для шара.
  • 15. G=ρ·V
  • 16.1 K=((π/H)2+(π/L)2+(π/B)2)-1 – для параллелепипеда;
  • 16.2 K=((2,405/(D/2))2+(π/L)2)-1 – для цилиндра;
  • 16.3 K=((D/2)/π)2 – для шара.
  • 17. m=a/K
  • 18. Bi=α·K·F/(λ·V)
  • 19. Ψ=(1+1,44·Bi+Bi2)-0,5
  • 20. M=Ψ·Bi
  • 21. mαλ=M·m
  • 22. m=Ψ·α·F/(c·ρ·V)
  • 23. Δ=ABS (1-mαλ/m100
  • 24. t=(LN (ABS (tc-t1)) -LN (ABS (tc-t2))/mαλ
  • 25. tN=(LN (ABS (tc-t1)) -LN (ABS (tc-t2)))·c·ρ·V/(α·F)

Проверка расчета опытом

Как не трудно догадаться такой несколько странный пример выбран не случайно, а для возможности проведения простого опыта и последующего сравнения результатов. Были взяты термометр, часы и произведены замеры температуры воды в банке в процессе нагревания. Результаты расчетов и опыта отражены на графиках.

Результаты проведенного опыта показали, что нагрев банки с водой от +13 °C до +22 °C в комнате (+24 °C) продолжался примерно 3 часа 20 минут. Это на 5 минут меньше расчетного времени по Кондратьеву и на 17 минут дольше времени по классическому закону Ньютона-Рихмана.

Близость результатов и радует, и удивляет.

Но не стоит переоценивать полученные итоги! Время охлаждения (нагрева), вычисленное по предложенной программе расчета в Excel, можно использовать лишь для приблизительных оценок продолжительности процессов! Дело в том, что принятые в расчете константами теплофизические характеристики тела и коэффициент теплоотдачи таковыми на самом деле не являются. Они зависят от изменяющейся температуры! К тому же регулярный режим теплообмена устанавливается не сразу после помещения тела в среду, а спустя какое-то время.

Обратите внимание, что полученные из опыта значения температур банки с водой в течение первого часа расположены выше теоретической расчетной кривой (см. графики). Это означает, что коэффициент теплоотдачи в этом периоде времени был больше выбранного нами значения α=8,3 Вт/(м2·К).

Определим среднее значение α в первые 58 минут из результатов опыта. Для этого:

  • Запишем t2=17,5 °C в ячейку D6.
  • Активируем («встанем мышью») ячейку D28.
  • Выполним: Сервис – Подбор параметра.
  • И установим в D28 значение 58 минут, изменяя ячейку D3.

α=9,2 Вт/(м2·К)!!!

Проделав ту же процедуру для t2=22,5 °C и t=240 мин, получим α=8,3 Вт/(м2·К).

Выбранное при теоретическом расчете значение α (по рекомендации СП 50.13330.2012 и формуле из Справочника по физике – см. примечание к ячейке D3) чудесным образом, хотя и совершенно случайно, совпало со значением α, вычисленным по опытным данным.

Рассмотренным способом можно определять реальные точные средние значения коэффициента теплоотдачи тел с любой формой поверхности по практическим замерам всего двух значений температуры тела и промежутка времени между этими замерами.

Остается добавить, что температура банки с водой после рассмотренных 4-х часов в последующее время будет асимптотически приближаться к 24 °C.

Прошу уважающих труд автора  скачивать файл с программой расчетов после подписки на анонсы статей!

Ссылка на скачивание файла: vremya-ohlazhdeniya (xls 55,5KB).

Источник: http://al-vo.ru/teplotekhnika/vremya-ohlazhdeniya-nagreva.html

Конструируем систему охлаждения компьютера

О чём эта статья

Эта статья обобщает опыт автора по конструированию эффективных и малошумящих систем воздушного охлаждения компьютеров. Рассматриваются основные принципы построения системы охлаждения, приведены результаты некоторых исследований в этой области и множество практических рекомендаций. Используя приведённые здесь материалы, вы сможете сконструировать систему охлаждения под собственные нужды, исходя из ваших потребностей и возможностей. Введение

Ни для кого не секрет, что высокое быстродействие современных компьютеров имеет свою цену: они потребляют огромную мощность, которая рассеивается в виде тепла. Основные числодробилки — центральный процессор, графический процессор — требуют собственных систем охлаждения; прошли те времена, когда эти микросхемы довольствовались маленьким радиатором.

Новый системный блок оборудуется несколькими вентиляторами: как минимум один в блоке питания, один охлаждает процессор, мало-мальски серьёзная видеокарта комплектуется своим вентилятором. Несколько вентиляторов установлены в корпусе компьютера, встречаются даже материнские платы с активным охлаждением микросхем чипсета.

30°C, 40°C, 50°C, 60°C Мы привыкаем к всё более высоким температурам процессора, чипа видеокарты и других компонентов компьютера. Некоторые современные жёсткие диски также разогреваются до заметных температур.

Большинство компьютеров оборудуется охлаждением по принципу минимизации стоимости: устанавливается один, два шумных корпусных вентилятора, процессор оборудуется штатной системой охлаждения. Такой подход имеет право на жизнь: охлаждение получается достаточным, дешёвым, но очень шумным. Как сохранить эффективность, снизив при этом уровень шума?

Существует другая крайность — сложные технические решения: жидкостное (обычно водяное) охлаждение, фреоновое охлаждение, специальный алюминиевый корпус компьютера, который рассеивает тепло по всей своей поверхности (по сути, работает как радиатор).

Для некоторых задач такие решения использовать необходимо: например, для студии звукозаписи, где компьютер должен быть полностью бесшумен. Для обычного домашнего и офисного применения такие специализированные системы чересчур дороги: их цены начинаются от сотни долларов и выше.

Подобные варианты на сегодня весьма экзотичны, и в рамках этой статьи рассматриваться не будут: ограничимся классическими схемами воздушного охлаждения. Общие принципы

Попробуем разобраться в процессах, которые происходят при охлаждении. Понимая, что творится внутри системного блока, мы сможем грамотно выбрать стратегию модификации системы охлаждения.

Физика охлаждения

Все системы охлаждения используют общий принцип действия: перенос тепла от более горячего тела (охлаждаемого объекта) к менее горячему (системе охлаждения). При постоянном нагреве охлаждаемого объекта, рано или поздно прогреется также и система охлаждения, температура её сравняется с температурой охлаждаемого объекта, передача тепла прекратится — это вызовет перегрев.

Чтобы этого не случилось, необходимо организовать подвод некоего холодного вещества, способного охлаждать саму систему охлаждения. Такое вещество принято называть хладагентом (теплоносителем). В статье рассматриваются воздушные системы охлаждения, то есть, хладагентом выступает воздух.

Будем считать, что вокруг компьютера есть неограниченный запас холодного воздуха: это предположение справедливо, если объём комнаты, в которой установлен один или несколько компьютеров, достаточно велик — воздух в комнате не нагревается существенно при помощи компьютеров. Типичная комната в жилом доме или офисе вполне удовлетворяет этим требованиям.

Внимание! Это предположение будет неверным при проектировании охлаждения серверной комнаты: большое количество техники, собранной в небольшом объёме, требует дополнительной принудительной вентиляции.

Существует несколько механизмов переноса тепла. Первый: теплопроводность, способность вещества проводить тепло внутри своего объёма; в этом случае нужно только создать физический контакт некоторого объёма вещества с охлаждаемым объектом.

Из доступных веществ наилучшей теплопроводностью обладают металлы, радиаторы и теплообменники систем охлаждения как раз из них и изготавливаются. Среди металлов лучше всех проводит тепло серебро, из менее дорогих — медь, затем алюминий; как правило, именно поэтому медные радиаторы имеют бoльшую эффективность, чем алюминиевые.

Воздух, кстати, имеет очень невысокую теплопроводность (благодаря этому оконные пакеты в наших домах сохраняют тепло). Второй механизм: конвективный теплообмен с хладагентом, связан с физическим переносом охлаждающего вещества; для эффективного охлаждения нужно организовать свободную циркуляцию воздуха.

Категорически не рекомендуется устанавливать компьютер в глухой, закрытый ящик стола; также плохо, если компьютер установлен рядом с радиатором отопления. Третий механизм: тепловое излучение, его величина пренебрежимо мала в рассматриваемых процессах.

Для организации переноса тепла к хладагенту необходимо организовать тепловой контакт системы охлаждения с воздухом. Для этого конструируют различные радиаторы (англ.: heatsink). Очевидно, чем больше площадь теплового контакта, тем интенсивнее передаётся тепло. Используют два метода увеличения площади радиатора.

Первый: увеличение площади рёбер при сохранении размера радиатора; оребрение получается более густым, сами рёбра — более тонкими. Теплообмен в таком радиаторе улучшается, но растёт его гидравлическое сопротивление: необходимо создать бóльшее давление, чтобы прокачать через радиатор заданный объём воздуха.

Второй метод: увеличение геометрических размеров радиатора, что позволяет вовлечь в процесс теплообмена бóльший объём воздуха, также снижается гидравлическое сопротивление радиатора. Таким образом, предпочтительными оказываются радиаторы больших размеров.

Обратная сторона медали: стоимость и шум

Казалось бы, исходя из всего сказанного выше, следует простой вывод: нужно взять радиаторы больше, да организовать поток воздуха мощнее —  и вся наука! Однако есть ещё два важных фактора: стоимость системы охлаждения и шум, который она создаёт при работе.

Стоимость систем охлаждения растёт с ростом размера используемых радиаторов: повышается металлоёмкость и сложность обработки. Из-за бoльшей стоимости, медные радиаторы используются гораздо реже, чем алюминиевые. В недорогих компьютерах обычно устанавливаются один-два дешёвых вентилятора, работающих на высокой скорости.

Они справляются с охлаждением, но создают много шума; а ведь малошумностью определяется комфорт пользователя.

Таким образом, перед нами встаёт задача сконструировать систему охлаждения достаточной эффективности, при этом минимизировать шум от её работы и стоимость. Охлаждение процессоров и видеокарт

Центральный процессор и графический процессор — самые мощные источники тепла внутри современного компьютера. Разработано множество различных конструкций систем охлаждения для этих компонент, разнообразие конструкторских решений поражает воображение. Классификация, описание и сравнение этих кулеров выходят за рамки этой статьи: обратитесь к соответствующим разделам популярных сайтов компьютерной тематики: iXBT.com, Overclockers.ru и другим. Ограничимся общими рекомендациями.

Источник: https://www.ixbt.com/cpu/pc-cooling-construction.shtml

Основы криотехники. Физические основы получения низких температур, страница 2

Аммиак и хладоны, превратившись впар, также теряют охлаждающую способность. Однако, в этом случае задача состоитне в пополнении запасов, а в том, что бы вернуть хладагент в исходное жидкоесостояние.

2Охлаждение за счет адиабатного расширения газов

Процесс расширения газовосуществляется без теплообмена с окружающей средой. Способ используется ввоздушных холодильных машинах. Для расширения воздуха применяют детандерныеагрегаты и турбохолодильные машины.

Если ранее сжатый воздух додавления 0,40,5 МПа, охладить до температуры окружающей среды, а затемрасширить до давления 0,1 МПа, т.е. резко сбросить давление до атмосферного, тотемпература его понизится до минус 70оС. В настоящее время воздушныехолодильные машины способны поддерживать температуру охлаждения до минус 180оС.

Поскольку сжатый газ имеетвнутреннюю энергию, то при расширении совершается внешняя полезная работа.

Из-за относительной дороговизны ВХМв пищевых отраслях применяются редко. Чаще всего ВХМ используются внефтегазовой промышленности для кондиционирования больших помещений.

3Охлаждение путем дросселирования жидкостей. Эффект Джоуля-Томпсона

Дросселированием называютпропускание (проталкивание) жидкости через сужение в канале, в результате чегорезко падает ее давление и температура. Способ обеспечивается при наличиидостаточной разности давлений по обе стороны этого сужения.

В паровых компрессионныххолодильных машинах дросселирование жидкого хладагента обычно происходит врегулирующем вентиле, расположенном между аппаратом с высоким давлениемконденсатором и аппаратом с низким давлением и    испарителем (охлаждающейбатареей)

При дросселировании полезная работане совершается. Внутренняя энергия жидкости (работа расширения) затрачиваетсяна преодоление сил трения в регулирующем вентиле. Это приводит к испарениючасти жидкости и охлаждению всего потока. Температура охлаждения То зависит отвеличины давления Ро в испарителе.

4Охлаждение в вихревой трубе. (Эффект Ранка-Хильша)

Экспериментальными исследованиями Ранкав 1933 г. было установлено, что вихревой поток воздуха у оси и на перифериициклона имеет различную температуру. Спутся 13 лет открытие Ранка былоподтверждено Хильшем на примере вихревой трубы. В настоящее время вихревыеохладители в силу простоты конструкции и эксплуатации имеют широкий диапазонприменения.

Охлаждающей средой, применяемой ввихревых охладителях, могут быть воздух, гелий, природные газы и др. Однаковоздух является наиболее распространенным хладагентом.

Вихревая труба (Рис. ) обычно имеетцилиндрический корпус 1, внутри которого расположена диафрагма 2. Рядом с нейтангенциально размещен патрубок — сопло 3. В противоположном (горячем) концетрубы расположен дроссельный вентиль 4.

Схема вихревой трубы

где 1 — труба
2 — диафрагма
3 — сопло
4 — вентиль

Вихревой эффект несмотря надовольно продолжительный срок исследований до сих пор не имеет единого,признанного всеми, научного объяснения. Нижеприведенная гипотеза базируется напередаче кинетической энергии в потоке завихренного воздуха.

В сопло 3 подается сжатый воздух,предварительно охлажденный водой. Попадая по касательной в трубу 1 завихряетсяи приобретает кинетическую энергию. Воздух двигается в вихревом потоке сразличной угловой скоростью. У оси трубы скорость вращения больше, чем напериферии.

Поэтому внутренние слои воздуха, отдавая кинетическую энергиювнешним слоям, охлаждаются до температуры tх и выходят через диафрагму 2. Нагретыйдо температуры tг воздух выходит черезсвободный конец трубы. Расход и температура воздуха регулируются дроссельнымвентилем 4.

Температура охлажденного воздуха зависит от его начальныхпараметров — давления и температуры, а также от конструкции устройства. Придавлении P = 0,41 МПа и температуре tн= 20оС воздух может быть охлажден до конечной температуры tх = -800оС.

Вихревые охладители в силу низкойэкономичности применения в пищевой промышленности не имеет. Однако, при наличиилиний сжатого воздуха используются при металлообработке для закалки деталейхолодом или для обдува деталей при токарных работах, на транспорте — дляохладителей напитков и продуктов и охлаждения кабин, в медицине — дляохлаждения участков тела при операциях.

5Термоэлектрическое охлаждение (Эффект Пельтье)

Эффект открыт Пельтье в 1834 г. Способосуществляется в устройстве, представляющем собой электрическую цепь итермопару, состоящую из 2-х разнородных проводников или полупроводников,соединенных последовательно между собой металлическими пластинами, образующимиспаи. Рис. .

При пропускании постоянногоэлектрического тока через цепь в определенном направлении одна из пластин -спаев будет охлаждаться, другая — нагреваться. При изменении направления тока вцепи функции пластин поменяются, т.е. охлаждающая пластина будет нагреватьобъект, а греющая — охлаждать.

Принцип термоэлектрическогоохлаждения заключается в следующем. Полупроводники выполнены из материалов n- иp-типа. Электроны, переходящие через спай из материала p -типа в материал n-типа, проходят потенциальный барьер и при этом забирают энергию укристаллической решетки холодного спая. А при переходе из материала n -типа вматериал p -типа электроны переносят энергию решетке горячего спая.

Для увеличения мощностиохлаждающего устройства термопары последовательно объединяют в модули. Перепадтемператур между холодным и горячим спаями возможен в пределах 6070оС.При каскадном подключении модулей перепад температур достигает 150оС

Количество тепла, поглощенногоспаем

Qо = е*Tх *I,

где е -коэффициент, зависящий от материала проводников;
Тх- температура холодного спая;
I- сила тока.

Мощность термоэлектрическихустройств сравнительно мала (не более 10 кВт), поэтому в пищевой промышленностиони не применяются.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Noise filter что это

Однако простота, надежность, компактность и бесшумностьтермоэлектрических устройств позволяют использовать их там, где эти качестванеобходимы.

Например, в предприятиях торговли и общественного питания(охлаждаемые витрины и оборудование для охлаждения напитков), на транспорте(кондиционеры поездов и автомобилей), в медицине (холодильники для лекарств,криогенные пинцеты и др.), а также в быту.

Источник: https://vunivere.ru/work7097/page2

Как выбрать систему жидкостного охлаждения

Хорошее охлаждение центрального процессора и процессора видеокарты последние десятилетия является необходимым условием их бесперебойной работы.

Но греются в компьютере не только процессор и видеокарта — отдельный кулер может потребоваться микросхеме чипсета, жестким дискам и даже модулям памяти.

Производители корпусов добавляют дополнительные вентиляторы, увеличивают их мощность и габариты, улучшают устройство радиаторов. И, разумеется, жидкостные системы охлаждения не могли быть обойдены вниманием.

Вообще, жидкостное охлаждение процессоров – тема не новая: оверклокеры столкнулись с недостаточной эффективностью воздушного охлаждения уже давно. «Разогнанные» до теоретического максимума процессоры грелись так, что не справлялись никакие из имевшихся тогда в продаже кулеров.

Систем жидкостного охлаждения в магазинах не было, и оверклокерские форумы полнились темами о самодельных «водянках». И сегодня многие ресурсы предлагают собрать систему жидкостного охлаждения самостоятельно, но смысла в этом уже немного.

Стоимость комплектующих сравнима с ценой недорогих СЖО в магазинах, а качество (и, следовательно, надежность) заводской сборки обычно все же выше кустарной.

Почему эффективность СЖО выше, чем у простого кулера?

Рассматриваемые СЖО не имеют вырабатывающих холод элементов, охлаждение происходит за счет воздуха возле системного блока – как и в случае обычного воздушного охлаждения.

Эффективность СЖО достигается за счет того, что скорость теплоотвода с помощью движущегося теплоносителя намного выше, чем скорость естественного теплоотвода с помощью теплопередачи внутри металлического радиатора.

Но скорость теплоотвода зависит не только от скорости движения теплоносителя, но и от эффективности охлаждения этой жидкости и от эффективности её нагревания теплом процессора. И, если первая задача решается увеличением площади радиатора, площади теплообменника радиатора и улучшением воздухообдува, то во втором случае теплообмен ограничен площадью процессора.

Поэтому общая эффективность системы ограничивается эффективностью водоблока процессора. Но даже с таким ограничением СЖО обеспечивают примерно в 3 раза лучший теплосъем по сравнению с обычным воздушным охлаждением. В числах это означает снижение температуры чипа на 15-25 градусов по сравнению с воздушным охлаждением при нормальной комнатной температуре.

Конструкция СЖО

Любая система жидкостного охлаждения содержит следующие элементы:

— Водоблок. Его назначение – эффективно снимать тепло с процессора и передавать протекающей воде. Соответственно, чем выше теплопроводность материала, из которого изготовлены подошва и теплообменник водоблока, тем выше и эффективность этого элемента. Но теплопередача также зависит и от площади соприкосновения теплоносителя и радиатора – поэтому конструкция водоблока важна ничуть не меньше материала.

Плоскодонный водоблок Водоблок с игольчатым дном Водоблок со змеевидным теплообменником

Поэтому плоскодонный (бесканальный) водоблок, в котором жидкость просто протекает вдоль стенки, прилегающей к процессору, намного менее эффективен, чем водоблоки со сложной структурой дна или теплообменниками (трубчатыми или змеевидными). Минусами водоблоков со сложной структурой является то, что они создают намного большее сопротивление водяному потоку и, следовательно, требуют более мощной помпы.

— Помпа. Распространенное мнение, что чем мощнее помпа, тем лучше и что СЖО без отдельной мощной помпы вообще неэффективна – некорректно. Функция помпы – обеспечить циркуляцию теплоносителя с такой скоростью, чтобы перепад температур между теплообменником водоблока и жидкостью был максимальным. Т.е.

, с одной стороны, нагревшаяся жидкость должна вовремя выводиться из водоблока, с другой стороны – поступать в водоблок она должна уже полностью охлажденной. Поэтому мощность помпы должна быть сбалансирована с эффективностью остальных элементов системы и замена помпы на более мощную в большинстве случаев не даст положительного эффекта.

Маломощные помпы часто объединены в одном корпусе с водоблоком.

— Радиатор. Назначение радиатора – рассеивать тепло, приносимое теплоносителем. Соответственно, он должен быть изготовлен из материала с высокой теплопроводностью, обладать большой площадью и быть укомплектован мощным вентилятором (вентиляторами). Если площадь радиатора СЖО сравнима с площадью радиатора процессорного кулера и вентилятор на ней установлен ничуть не мощнее, то не стоит ожидать от такой СЖО эффективности, превышающей эффективность того же кулера.

— Соединительные трубки должны быть достаточной толщины, чтобы не создавать большого сопротивления водяному потоку. По этой причине обычно используются трубки диаметром от 6 до 13 мм – в зависимости от скорости потока жидкости. В качестве материала трубок обычно используется ПВХ или силикон.

— Теплоноситель должен иметь высокую теплоемкость и высокую теплопроводность. Из доступных и безопасных жидкостей лучше всего этим условиям удовлетворяет обычная дистиллированная вода. Часто в воду добавляются присадки для снижения её коррозирующих свойств, для предотвращения размножения микроорганизмов (зацветания) и просто для эстетического эффекта (цветные присадки в системах с прозрачными трубками).

В мощных системах с большим объемом теплоносителя становится необходимым использование расширительного бачка – резервуара, в который будут уходить излишки жидкости при её термическом расширении. В таких системах помпа обычно объединяется с расширительным бачком.

Характеристики систем жидкостного охлаждения

Обслуживаемая/необслуживаемая СЖО.

Необслуживаемая система идет с завода полностью в сборе, залитая теплоносителем и загерметизированная. Установка такой системы отличается простотой – некоторые необслуживаемые СЖО установить ничуть не сложнее, чем обычный кулер. Минусы у необслуживаемой СЖО тоже есть:

— Низкая ремонтопригодность. Трубки часто просто запаяны в неразъемные пластиковые штуцеры. С одной стороны, это обеспечивает герметичность, с другой стороны, замена поврежденного элемента такой системы может вызвать осложнения.

— Сложность замены теплоносителя обычно тоже связана с ремонтом системы – если часть жидкости вытекла, снова заполнить необслуживаемую СЖО может оказаться весьма непросто – заливочными отверстиями такие системы, как правило, не снабжаются.

— Низкая универсальность связана с неразборностью системы. Невозможно ни расширить систему, ни заменить какой-либо из её элементов на более эффективный.

— Фиксированная длина трубок ограничивает возможности по выбору места установки радиатора.

Обслуживаемые СЖО часто поставляются в виде набора элементов и установка такой системы потребует времени и некоторой сноровки. Зато и возможности по её кастомизации намного выше – можно добавлять водоблоки для чипсета и для видеокарты, менять все элементы на более подходящие для конкретного компьютера, выносить радиатор на любое (разумное) расстояние от процессора и т.

д. Можно не бояться устаревания сокета (и системы охлаждения) при замене материнской платы – для восстановления актуальности потребуется только заменить водоблок процессора. К недостаткам обслуживаемых СЖО, кроме сложности установки и высокой цены, следует отнести большую вероятность протечек через разъемные соединения и большую вероятность загрязнения теплоносителя.

СЖО должна поддерживать сокетматеринской платы, на которую устанавливается. И если обслуживаемую СЖО еще можно приспособить под другой сокет, купив дополнительно соответствующий водоблок, то необслуживаемая СЖО может использоваться только с теми сокетами, что перечислены в её характеристиках.

Количество вентиляторовне оказывает прямого влияния на эффективность СЖО , но большое их количество позволяет снизить скорость вращения каждого отдельного вентилятора при сохранении общего воздушного потока, и, соответственно, снизить шумность при сохранении эффективности. Будет ли СВО с большим количеством вентиляторов эффективнее – зависит от их суммарного максимального воздушного потока.

Максимальный воздушный поток считается в кубических футах в минуту (CFM) и определяет, какой объем воздуха прогоняется через вентилятор в минуту. Чем выше это значение, тем выше вклад этого вентилятора в эффективность радиатора.

Размеры (длина, ширина, толщина) радиатора ничуть не менее важны – четыре мощнейших вентилятора, обдувающих простой тонкий радиатор с малой площадью пластин будут охлаждать теплоноситель ничуть не лучше, чем один вентилятор, хорошо подобранный к радиатору с большой площадью пластин.

Материал радиатора определяет его теплопроводность, т.е., с какой скоростью переданное ему тепло будет распределяться по всей площади радиатора. Теплопроводность меди почти в два раза выше, чем теплопроводность алюминия, но в данном случае эффективность радиатора больше зависит от его конструкции и площади, чем от материала..

Материал водоблока, в силу ограниченности его размеров, важнее материала радиатора. Фактически, медь является единственным приемлемым вариантом. Алюминиевые водоблоки (встречающиеся в дешевых СЖО) снижают эффективность системы настолько, что пропадает смысл использования жидкостного охлаждения.

Максимальный уровень шума зависит от максимальной частоты вращения вентиляторов. Если в системе не предусмотрена регулировка частоты вращения, на этот параметр следует обратить пристальное внимание. При наличии регулировки частоты вращения, внимание следует обратить на минимальный уровень шума.

Уровень шума выше 40 дБ уже может восприниматься как некомфортный (40 дБ соответствует обычному звуковому фону в жилом помещении — негромкая музыка, спокойный разговор). Чтобы шум вентиляторов не мешал сну, он не должен превышать 30 дБ.

Регулировка скорости вращения вентиляторов может быть ручной и автоматической. Ручная регулировка позволяет менять скорость вращения вентиляторов в соответствии с личными предпочтениями, автоматическая же подстраивает скорость под текущую температуру процессора и обеспечивает лучшие условия работы оборудования.

Тип коннектора питания может быть 3-pin и 4-pin.

3-pin коннектор не имеет отдельного провода для изменения скорости вращения вентилятора. Управлять скоростью вращения такого вентилятора можно только изменяя его напряжение питания. Не все материнские платы поддерживают этот способ.

Если ваша материнская плата не может управлять скоростью вращения 3-pin вентилятора, то кулеры и двигатель помпы СЖО с 3-pin коннектором питания будут всегда вращаться на максимальной скорости.

Для изменения степени охлаждения придется дополнительно покупать реобас.

4-pin коннектор предполагает управление скоростью вращения двигателей с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

При этом питание подается полное — 12 вольт – но не постоянно, а импульсами, меняя продолжительность которых, можно очень точно задавать частоту вращения двигателей.

Кроме того, при таком способе нет ограничения на минимальную скорость вращения – регулируемый таким способом двигатель может вращаться даже со скоростью 1 об/мин. Единственный недостаток такого способа – он сложнее в реализации, а следовательно, дороже.

Наличие подсветки и прозрачные трубки. Футуристический вид систем водяного охлаждения и возможности их кастомизации сделали СЖО чрезвычайно популярными в среде моддеров. Производители СЖО ответили на эту популярность прозрачными трубками, подсветкой и флуоресцирующими присадками к теплоносителю. Разумеется, вся эта красота имеет смысл только при размещении в системном блоке с прозрачной крышкой.

Варианты выбора

Источник: https://club.dns-shop.ru/blog/t-106-jidkostnoe-ohlajdenie/16785-kak-vyibrat-sistemu-jidkostnogo-ohlajdeniya/

Устройство и принцип работы системы охлаждения двигателя

Помимо главной функции отвода тепла от основных узлов двигателя автомобиля, система охлаждения решает ряд дополнительных задач. Фактически она участвует в работе системы смазки, отопления салона, выхлопа и рециркуляции отработавших газов, турбонаддува и коробки передач. О том, как она устроена, а также в чем заключается принцип работы охлаждающей системы и пойдет речь далее.

Виды систем охлаждения двигателя

Регулирование температуры автомобильного двигателя может осуществляться при помощи охлаждающей жидкости (антифриза, ОЖ) и посредством циркуляции воздуха. Исходя из этого различают три вида систем:

  • Воздушная. Физически представляет собой обдув, благодаря которому происходит вытеснение горячего воздуха из подкапотного пространства в атмосферу. Воздушное охлаждение может быть естественным и принудительным (с использованием вентилятора). В силу низкой эффективности как самостоятельная система практически не применяется.
  • Жидкостная. Представляет собой систему трубчатых контуров, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Жидкостное охлаждение может быть принудительным (перекачка насосом), термосифонным (за счет разности в плотности нагретой и охлажденной жидкостей) и комбинированным (охлаждение головки блока цилиндров осуществляется принудительно, а остальные узлы термосифонным принципом). Такая система более эффективна в сравнении с воздушной, но при определенных режимах работы (длительный простой с включенным двигателем, повышенные температуры окружающей среды) может быть недостаточной для качественного охлаждения.
  • Комбинированная. Представляет собой использование и воздушного обдува, и жидкостных контуров.

Системы охлаждения на основе жидкости также разделяются на открытые и закрытые. Первые имеют сообщение с атмосферой при помощи пароотводной трубки, а во вторых жидкость полностью изолирована от окружающей среды. В закрытых системах давление антифриза больше, а следовательно, выше и температура кипения. Это позволяет использовать их при высоких температурах нагрева жидкости (до 120°C).

Устройство и принцип работы системы охлаждения ДВС

Система охлаждения двигателя

Наиболее популярной в современных автомобилях является комбинированная система охлаждения двигателя с принудительной циркуляцией воздуха и жидкости. Она состоит из следующих элементов:

  • Радиатор системы охлаждения.
  • Вентилятор радиатора.
  • Малый и большой охлаждающие контуры.
  • Рубашка системы охлаждения (система каналов в блоке цилиндров).
  • Датчик температуры.
  • Термостат.
  • Расширительный бачок.
  • Насос (помпа).
  • Радиатор печки.
  • Масляный радиатор (опционально).
  • Радиатор системы рециркуляции отработавших газов (опционально).

В момент запуска двигателя насос начинает перекачку жидкости по малому контуру. Когда двигатель нагревается до рабочей температуры, срабатывает термостат и открывает второй (большой) контур охлаждения. Проходя через узлы мотора, охлаждающая жидкость нагревается и расширяется. При увеличении температуры часть жидкости поступает в расширительный бачок. Это позволяет компенсировать излишний объем, независимо от того, какое давление установилось в системе.

Большой и малый круги циркуляции ОЖ

Проходя через участок радиатора системы охлаждения, антифриз вновь остывает и возвращается на новый цикл. Если этот режим снижения температуры оказывается недостаточным, срабатывает температурный датчик, передающий сигнал блоку управления двигателя и запускающий вентилятор воздушного охлаждения. Если и его оказывается недостаточно, на приборную панель (индикатор) поступает сигнал о перегреве двигателя.

Масляный радиатор и радиатор рециркуляции отработавших газов может присутствовать не во всех системах охлаждения. Они необходимы для синхронного снижения температуры смазки и выхлопа, что делает эксплуатацию автомобиля более безопасной и экономичной. В автомобилях с турбонаддувом также может присутствовать еще один охлаждающий контур для снижения температуры воздуха наддува.

Как устроен радиатор охлаждения двигателя

Устройство радиатора системы охлаждения ДВС

Радиатор системы охлаждения ДВС состоит из следующих элементов:

  • Сердцевина. Она может быть трубчатой (вертикальные трубки овального или круглого сечения, объединенные тонкими горизонтальными пластинами), пластинчатой (изогнутые пары пластин, спаянные по краям) и сотовой (спаянные трубки с сечением в виде правильного шестиугольника).
  • Верхний бачок. Оснащен заливной горловиной с герметичной пробкой, а также патрубком для установки шланга, подводящего антифриз. В горловине выполнено отверстие для установки пароотводящей трубки. Последняя имеет паровой клапан, который открывается в случае закипания.
  • Воздушный клапан. Он необходим для наполнения радиатора воздухом после остановки двигателя. Когда охлаждающая жидкость полностью остывает, без подачи дополнительного объема воздуха в системе может возникнуть сильное разрежение, провоцирующее сдавливание трубок.
  • Нижний бачок. Оснащен патрубком для крепления шланга отвода жидкости.
  • Крепления.

Принцип работы радиатора основан на многоуровневой циркуляции воздуха в его сердцевине, что делает снижение температуры охлаждающей жидкости, проходящей через него, более интенсивным.

Наиболее эффективными являются радиаторы пластинчатого типа, но они подвержены быстрому загрязнению, а потому самой популярной конструкцией стали трубчатые.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Термистор что это такое

Особенности работы датчика температуры ОЖ

Датчик температуры системы охлаждения

Температурный датчик позволяет контролировать состояние системы. Определить, где находится датчик температуры охлаждающей жидкости просто: как правило, он расположен в канале головки блока цилиндров. Он представляет собой терморезистор в герметичном корпусе, который может быть изготовлен из бронзы, пластика и латуни. На корпусе имеется резьба для установки в канал.

Принцип работы датчика основан на следующем эффекте: при повышении температуры сопротивление чувствительного элемента снижается, а при ее уменьшении увеличивается. Показатель сопротивления передается на электронный блок управления двигателем.

Чтобы при этом данные состояния охлаждающей жидкости были точными, датчик должен быть полностью погружен в нее. При температуре 100°C сопротивление датчика температуры охлаждающей жидкости должно быть порядка 177 Ом. С учетом погрешностей измерения допускается показатель сопротивления 190 Ом.

Если же отклонения больше допустимых, датчик необходимо заменить.

В некоторых моделях автомобилей может быть предусмотрено два датчика температуры. Один отвечает исключительно за включение вентилятора радиатора, а второй представляет собой датчик указателя текущей температуры охлаждающей жидкости.

Что используют в качестве охлаждающих жидкостей

Расширительный бачок системы охлаждения

В роли рабочей жидкости в системах охлаждения изначально применялась дистиллированная или деионизированная вода. Однако для современных двигателей она не обеспечивает нужный диапазон рабочих температур.

Помимо этого, она склонна к коррозионной активности в отношении металлов, что снижает срок эксплуатации системы охлаждения. Для устранения этих недостатков в качестве охлаждающей жидкости сегодня применяются составы со специальными присадками (этиленгликоль, ингибиторы коррозии), что повышает характеристики всей системы.

Чаще всего используется антифриз, который имеет более низкий порог замерзания.

При возникновении ситуации, когда требуется экстренный долив охлаждающей жидкости, можно использовать обычную чистую воду. Однако для корректной работы системы при первой возможности такой раствор необходимо заменить на качественный антифриз.

Замена охлаждающей жидкости проводится каждые 60-100 тысяч километров пробега. В охлажденном состоянии (при выключенном двигателе) ее количество должно быть на уровне нижнего края патрубка расширительного бачка охлаждающей системы. Для удобства на нем выполнены отметки «Min» и «Max». Когда количество жидкости ниже минимальной отметки — выполняют долив. Если после работы уровень вновь упал — это свидетельствует о разгерметизации системы.

Значимость системы охлаждения двигателя не вызывает сомнений. А потому стоит регулярно проводить профилактический осмотр ее основных узлов. Это позволит избежать перегрева двигателя и возникновения критических поломок.

(4 3,00 из 5)

Вам также может понравиться

Источник: https://TechAutoPort.ru/dvigatel/sistema-ohlazhdeniya/sistema-ohlazhdeniya-dvigatelya.html

Виды систем охлаждения

Всего на двигателях внутреннего сгорания используется два типа охлаждения – воздушное и жидкостное.

Воздушная система охлаждения, ее конструкция, недостатки

Устройство воздушной системы охлаждения двигателя

В силу ряда недостатков на автомобильном транспорте воздушная система широкого распространения не получила, хотя конструктивно она значительно проще, чем жидкостная. Основным ее элементом являются ребра охлаждения на цилиндрах.

Тепло, выделяемое от цилиндров, распространялось на эти ребра, а проходящий через них поток воздуха осуществлял его отвод. Для создания потока дополнительно конструкция системы могла включать турбину – специальную крыльчатку, с приводом от коленчатого вала и рукав, которым создаваемый поток воздуха направлялся на цилиндры. Это  вся конструкция воздушной системы.

На автотранспорте воздушная система практически не используется потому, что:

  • невозможна регулировка температурного режима (зимой мотор не выходил на необходимую температуру, а летом – очень быстро перегревался);
  • чтобы обеспечить равномерное распределение потока воздуха, каждый цилиндр стоял отдельно;
  • во время стоянки с заведенным мотором даже при наличии турбины поток воздуха очень слабый, что приводит к быстрому перегреву;
  • невозможно организовать обогрев салона.

Из-за этих недостатков воздушная система на автомобилях не применяется, хотя единичные случаи все же были – ЗАЗ-968 «Запорожец» как раз и имел такую систему охлаждения. Зато она широко используется на мототранспорте и технике, оснащенной 2-тактными моторами (бензопилы, мотокосы, мотоблоки и т. д.).

Устройство, конструкция, принцип работы

Жидкостная система охлаждения

Достоинством жидкостной системы охлаждения как раз и является возможность поддержания температуры в заданном диапазоне, поэтому она лучше воздушной. Но конструкция этой системы значительно сложнее.

В ее состав входит:

  1. Рубашка охлаждения
  2. Водяной насос
  3. Термостат
  4. Радиаторы
  5. Соединяющие патрубки
  6. Вентилятор

При этом основным рабочим элементом такой системы является специальная жидкость – антифриз, при помощи которой и осуществляется отвод тепла. Раньше вместо него использовалась обычная вода, но из-за низкого температурного порога замерзания и образования накипи от воды постепенно отказались.

1. Рубашка охлаждения

Рубашка охлаждения – специальная система каналов в блоке цилиндров и головке блока, по которой движется жидкость. Если рассматривать все по-простому, то выглядит это так: имеется блок, в который устанавливаются цилиндры, а также основные узлы и механизмы.

Поверх этого блока сделана оболочка, а пространство между ними и используется как каналы для движения жидкости. Такая конструкция позволяет жидкости омывать цилиндры, проходить рядом с узлами, установленными в блоке и головке, что обеспечивает отвод тепла от них.

2. Помпа

Так выглядит водяная помпа

В рубашку охлаждения установлена водяная помпа. Она состоит из приводного зубчатого колеса (шкива) и крыльчатки, которая помещается внутрь рубашки, посаженных на одну ось. Привод ее осуществляется от коленчатого вала при помощи ремня.

Именно водяной насос и обеспечивает циркуляцию жидкости по системе. Получая вращение от коленчатого вала, крыльчатка заставляет двигаться жидкость по каналам рубашки.

3. Радиатор

При этом антифриз циркулирует не только по рубашке. Если бы так и было, то жидкости некуда было бы отдавать тепло, то есть двигатель быстро бы перегревался. Чтобы этого не происходило, в конструкцию включен радиатор.

Представляет он собой конструкцию из двух бачков – в один подается жидкость из рубашки, а из второго она возвращается обратно. Эти бачки между собой соединены большим количеством трубок, по которым жидкость перемещается между ними.

Чтобы обеспечить лучший теплообмен, радиатор изготавливают из металлов, обладающих высокой теплопроводностью (медь, алюминий, латунь).

Также чтобы повысить теплообмен между трубками располагаются специальные ленты, уложенные определенным образом и имеющие большое количество мест контакта с трубками.

Жидкость, проходя через трубки, часть тепла отдает лентам. Проходящий сквозь радиатор  воздух отбирает тепло и отводит его в окружающую среду. Для обеспечения хорошего потока воздуха радиатор устанавливают в передней части авто. Радиатор с рубашкой охлаждения соединяется при помощи резиновых патрубков.

Отдельно отметим, что благодаря жидкостной системе удалось обеспечить и отопление салона. Для этого в систему охлаждения включили еще один радиатор, который поместили в салоне. Конструктивно он такой же, как и основной радиатор, но по габаритам меньше. Поток воздуха же для него создается при помощи электромотора с вентилятором.

4. Термостат

Система охлаждения должна обеспечивать максимально быстрый выход силовой установки на оптимальный температурный режим. И чтобы это обеспечить, в конструкцию включен термостат. Чтобы понять, для чего он нужен – немного теории.

Если бы конструкция системы состояла только из рубашки и насоса, то двигатель очень быстро бы перегревался, поскольку жидкость двигалась только по каналам в блоке и отвести тепло ей было бы некуда.

Устройство и принцип работы термостата

Чтобы избежать этого в конструкцию включили радиатор. Но из-за его наличия объем антифриза или тосола увеличивался, к тому же назначение радиатора – отвод тепла, поэтому двигатель очень долго будет выходить на нужную температуру, особенно в зимний период.

Для обеспечения быстрого выхода на необходимую температуру, систему охлаждения разделили на два кольца – малое (задействованы только рубашка охлаждения и насос) и большое (рубашка + насос + радиатор).

Разделением на кольца и занимается термостат. Представляет он собой клапан, который срабатывает от повышения температуры. На разных авто температура его срабатывания отличается, но в целом он работает в диапазоне – 85-95 град. С.

Корпус термостата располагается обычно на блоке цилиндров возле канала, ведущего на радиатор. Пока температура мотора низкая, термостат перекрывает этот канал и жидкость перемещается только по рубашке. По мере повышения температуры этот клапан начинает постепенно открываться, пуская жидкость уже по большому кольцу, с задействованием радиатора. При достижении определенного температурного значения он открывается полностью, и жидкость уже движется только по большому кольцу.

5. Вентилятор, датчики

Принцип работы вентилятора системы охлаждения

Бывает так, что потока воздуха недостаточно, чтобы обеспечить нормальный отвод тепла от радиатора. К примеру, такое случается в пробке, когда двигатель постоянно работает, а вот встречного потока воздуха нет, поскольку авто обездвижено.

Чтобы не дать жидкости перегреться, используется вентилятор, создающий принудительно поток воздуха. Размещается он за основным радиатором и приводится в движение электромотором. Включение же его в работу осуществляется за счет установленного в радиаторе температурного датчика.

Дополнительно в конструкцию входит также температурный датчик, который передает данные о температуре на приборную панель в салоне, поэтому водитель может постоянно контролировать температурный режим мотора и своевременно заметить появление неисправности, из-за чего температура мотора «пошла вверх».

Основные неисправности системы охлаждения

Неисправностей у системы охлаждения двигателя не так уж и много, но последствия от них могут быть очень серьезными. Основными из них являются:

  • Утечка охлаждающей жидкости;
  • Неисправность насоса, термостата;
  • Повреждение проводки датчиков.

Все причины перегрева и кипения двигателя. Устранение причин перегрева двигателя ВАЗ НИВА

Утечка жидкости может произойти из-за пробоя рубашки охлаждения, прокладки ГБЦ, резиновых патрубков, радиатора или же из-за ненадежного крепления мест соединения.

Выявить эту неисправность несложно, поскольку в результате утечки под авто будет образовываться лужа из охлаждающей жидкости. Если своевременно не устранить течь, то большая часть охлаждающей жидкости может вытечь, и система уже не сможет поддерживать температурный режим.

Поломка насоса зачастую связана с выходом из строя его подшипника. Сопровождается это следами подтеков со стороны привода, повышенным шумом при работе мотора, неравномерным износом приводного ремня.

Если своевременно не заменить насос, то существует вероятность, что он заклинит и порвет приводной ремень, а это уже чревато достаточно серьезными проблемами, поскольку зачастую этим ремнем приводится в работу и ГРМ.

Проблема с термостатом обычно связана с тем, что он заклинивает в каком-то одном положении. Из-за этого перевод жидкости между кольцами не осуществляется, она движется либо только по малому, либо по большому кругу.

Повреждение же проводки или датчиков приводит к тому, что показания на приборную панель не передаются или не соответствуют действительности, а вентилятор не включается в требуемый момент или же работает постоянно, из-за чего нарушается температурный режим.

Источник: https://avtocity365.ru/ustrojstvo-i-ekspluatatsiya-avtomobilya/ustrojstvo-i-printsip-raboty-sistemy-ohlazhdeniya-dvigatelya/

Что такое холод с точки зрения физики?

Существует ряд очень простых вопросов, ответы на которые кажутся нам столь очевидными, что выдаются автоматически, без подключения мыслительного аппарата.

К примеру, всем, от мала до велика, известно, что такое холод. С точки зрения физики ответ будет далеко не простым, поскольку затронет основополагающие понятия этой науки.

Существует ли холод?

Многим из нас вопрос, существует ли вообще холод, покажется нелепым и бессмысленным. Конечно, холод существует, ведь вы не раз его ощущали и даже испытывали из-за него дискомфорт. Но если посмотреть внимательнее, мы увидим, что понятие холода – это всего лишь производное от понятия тепла: когда тепла много, мы ощущаем жар, когда его недостаточно – чувствуем холод.

Таким образом, с точки зрения физики, холода объективно не существует, это всего лишь недостаточное количество тепла. Согласно одной из легенд, популярных в мире учёных, впервые на эту проблему обратил внимание Альберт Эйнштейн, причём ещё в то время, когда был студентом.

При помощи собственных ощущений мы можем определять тепло и холод в достаточно узком диапазоне температур: всё, что нагрето выше 60-70 градусов Цельсия, будет для нас «очень горячим», а всё, что имеет температуру ниже нуля по Цельсию – «очень холодным».

Что говорят учебники физики?

Если открыть учебник физики, то именно это в нём и написано: холод – это состояние сравнительно низкой температуры, выражаемое в субъективном ощущении либо сравнении с более тёплым состоянием окружающей среды, предмета, субстанции. Т.е., говоря простыми словами, это недостаток тепла. На самом деле, какое-то количество тепла присутствует практически всегда, но если оно нам кажется недостаточным, то мы называем это состояние холодом.

В физике существует понятие абсолютного нуля, при котором вещества лишены тепловой энергии. Абсолютный нуль соответствует –273,15 градусам Цельсия, и в природе он возможен лишь в космическом вакууме и при полном отсутствии света или других излучений. В этом состоянии хаотическое движение элементарных частиц, свойственное всем без исключения веществам, полностью прекращается.

Стоит веществу, находящемуся в состоянии полного покоя, получить хотя бы один квант тепловой энергии, движение частиц возобновляется.

Чем выше температура нагрева вещества, тем активнее и энергичнее движутся составляющие его частицы. Как известно, именно с этим связан процесс испарения: наиболее активные и подвижные молекулы отрываются от основной массы и в дальнейшем перемещаются уже среди молекул воздуха или иного газа.

Если же лишить частицы тепловой энергии, они становятся значительно менее подвижными. Внешне это выражается в выпадении капель конденсата или намерзании кристалликов инея на твёрдых поверхностях.

Охлаждение – процесс отъёма тепла

Чтобы сделать какой-либо предмет холодным, надо всего лишь отнять у него тепло, передав его излишек другому предмету или среде. Так, зимой достаточно поставить слишком горячий чай на открытый балкон, чтобы через несколько минут он остыл, отдав своё тепло окружающей среде. Летом мы, наоборот, охлаждаем свой напиток, бросая в стакан кусочки льда, которые постепенно тают, забирая лишнее тепло у сока или лимонада.

По принципу отъёма излишков тепла работают все современные холодильные установки. Изъятие тепловой энергии происходит за счёт испарения хладагента – специального вещества, которое активно испаряется при низкой температуре. Атомы хладагента отбирают тепловую энергию у воздуха, находящегося в камере холодильника, а тот, в свою очередь, охлаждает стенки камеры и лежащие на полках продукты.

Итак, что же такое холод?

Основываясь на вышеописанных примерах, мы можем уверенно утверждать: с точки зрения физики холода не существует. То, что мы называем холодом – всего лишь состояние недостаточного, с нашей точки зрения, тепла.

В целом же понятия «тёплого» и «холодного» являются нашими субъективными ощущениями: все предметы и среды, нагретые выше температуры нашего тела, будут казаться нам тёплыми или горячими, а всё, что имеет более низкую, чем наша кожа, температуру, покажется прохладным или холодным.

Источник: http://www.vseznaika.org/fizika/chto-takoe-xolod-s-tochki-zreniya-fiziki/

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Дом холодильников
Как закрыть холодильник от ребенка

Закрыть