«Естественное воздушное охлаждение»

Простейшим способом такого вида охлаждения является естественная конвенция. Чтобы отвод тепла от элементов конструкции находился внутри РЭА , д/б обеспечена хорошая теплоотдача путем теплового контакта всех теплонагруженных элементов с корпусом РЭА. При этом очень важно, что контакты и по возможности малое термичное сопротивление. В РЭА с относительно большими размерами и мощностями отдача тепла элементов к корпусу может производится за счет внутренней конвекции происходящей в результате перемещения воздушного потока, находится в его разомкнутом объеме, или специально введенного нейтронного газа. Эффективность естественного охлаждения, тем больше, чем больше разность температур между корпусом и окружающей средой и чем больше площадь поверхности корпуса РЭА. На теплообмен также влияет плотность окружающей среды, N, воздуха, при уменьшении которой отвод тепла от корпуса уменьшается. Вдоль поверхности корпуса РЭА, находится в нормальных условиях, распространяется поток воздуха. Более теплые части воздуха, обладая меньшей плотностью и большей кинетической энергией, перемещается вверх и на их место поступает более холодные части. Чем больше по объему такой обмен, тем лучше охлаждение корпуса. Если проанализировать тепловой поток вдоль корпуса РЭА выполненного в виде параллелепипеда, то можно учесть, что он имеет различные формы, скорость и температуру.

На боковых стенках охлаждение лучше, чем на нижних. Происходит это потому, что здесь прохождению теплового потока ничто не препятствует, он движется быстрее а следовательно, быстрее теплые части воздуха заменяется более холодными, что благоприятно сказывается на теплообмене. В худшем положении находится нижняя стенка РЭА. Нагретые части воздуха у поверхности окна не могут перемещаться вверх, и движется только в сторону. Проходя от центральных частей к ее боковым частям нагретый воздух заменяет воздух, близкий к нему по температуре, а не отводит от дна тепло. Тепловой поток здесь имеет сложную форму плохой теплообмен, а значит плохое охлаждение. Верхняя часть корпуса находится в лучшем положении чем дно, но иногда хуже, чем боковые стенки. Здесь нагретые части воздуха можно свободно перемещается вверх, но поступление более холодных слоев воздуха затруднительно, т.к. снизу поступать неоткуда, а с боков имеются только потоки, нагретые боковыми стенками. На разных частях поверхностях корпуса РЭА и на различных участках все время движущегося теплового потока и различные температуры, которые образуют тепловые градиенты, определяющие направление и скорость тепловых потоков. Нужно учесть, что если возле отдельных поверхностей РЭА будут находится другие тела, то движение потоков может заметно изменится. Чем ближе к стенкам РЭА будут расположены посторонние тела, тем большее сопротивление будет испытывать тепловой поток, а следовательно будут хуже условия для охлаждения.

На характер конвективного охлаждения оказывает влияние форма РЭА и качество поверхностей его стенок, т.к. качество естественного воздушного охлаждения РЭА зависит от его температуры и поверхности корпуса, то оно не может произвольно улучшаться. А именно увеличение температуры ограничено допустившими ее значением, для отдельных узлов и деталей РЭА. Величина поверхности связана с габаритами, естественно в некоторых случаях возможно улучшение охлаждения за счет увеличения поверхности корпуса путем реализации, на поверхности корпуса специальных радиаторов (продольные ребра охлаждения). Кроме того, можно предусмотреть наличие в корпусе РЭА специальных жалюзей, обеспечивающих поступление холодного воздуха внутрь РЭА, где он способствует лучшему теплообмену с нагретыми узлами и деталями. Теплообмен с помощью поступающего в РЭА воздуха позволяет уменьшить перегрев тех узлов и деталей от которых по к-л причинам конкретным способом тепло отводится плохо. Внутренняя конвекция воздуха в РЭА также способствует уменьшению времени установления теплового режима во всем РЭА, что устраняет возможность кратковременных перегревов отдельных узлов и деталей.

Реализация конструкции при нахождении в нормальных окружающих условиях при естественном воздушном охлаждении могут создавать тепловой поток от (0,25 до 0,05) Вт/см² охлаждаемой поверхности при допустимом перегреве корпуса 30 ºС и температуре окружающего воздуха = 50 ºС.