Чтобы выбрать правильный теплообменник или маслоохладитель, вы должны сначала определить требуемые тепловые характеристики для вашего применения. Используйте пример, показанный ниже:
Выберите охлаждающую жидкость
Шаг 1: Данные приложения
Тип жидкости: Вода
Требуемая тепловая нагрузка (Q): 3300 Вт (11 263 БТЕ/ч)
Темп. поступающей жидкости: 80°C
Темп. входящего воздуха (входящий воздух): 21°C
Скорость потока жидкости: 2 галлона в минуту
Шаг 2. Выберите серию теплообменника
Выбирайте теплообменник из алюминия, меди или нержавеющей стали в зависимости от совместимости жидкости. Алюминиевые трубки обычно используются с легкими маслами или растворами этиленгликоля и воды. Медь обычно используется с водой. Нержавеющая сталь используется с деионизированной водой или агрессивными жидкостями.
Шаг 3. Рассчитайте начальную разницу температур
Вычтите температуру поступающего воздуха из температуры поступающей жидкости на входе в теплообменник.
ITD = T жидкость на входе – Tair на входе = 80°C – 23°C = 59°C
Шаг 4. Рассчитайте требуемую производительность (Q/ITD)
Разделите требуемую тепловую нагрузку (Q) на ITD, найденный выше в шаге 3.
Шаг 5. Выберите подходящую модель теплообменника
См. графики тепловых характеристик выбранных теплообменников (см. графики характеристик медных теплообменников – серии 6000 и змеевиков OEM, теплообменников из нержавеющей стали – серий Aspen и серий 4000 и алюминиевых теплообменников – серии ES). Подойдет любой вариант если хотите купить теплообменник, мощность которого превышает 56 Вт/°C при скорости 7,5 л/мин (2 галлона/мин) (с использованием стандартного вентилятора). Как показано на следующем графике, теплообменник 6210 соответствует требуемой производительности, достигая 56 Вт/°C на пересечении линии вентилятора Marin с частотой 60 Гц.
Шаг 6: Определите падение давления жидкости
Из приведенных данных мы знаем, что нашему насосу необходимо подавать воду со скоростью 2.2 галлона в минуту. Используя график падения давления на стороне жидкости для кривой 6210, точка, где вертикальная линия в точке 2.2 галлонов в минуту на оси X пересекается с кривой 6210, показывает, что падение давления жидкости на 6210 составляет 8 фунтов на дюйм (0,55 бары). Выбранный насос должен преодолеть это падение давления, чтобы обеспечить расход 2.2 галлона в минуту.
Шаг 7: Определите падение давления воздуха
Вертикальная линия на диаграмме тепловых характеристик указывает скорость воздушного потока (190 кубических футов в минуту для вентилятора Marin), обеспечиваемую нашими стандартными вентиляторами при частоте 60 Гц. Точка пересечения этого расхода воздуха и графика 6210 падения давления на стороне воздуха показывает, что падение давления на стороне воздуха на 6210 составляет 0,24 дюйма водного столба (55 паскалей).
Характеристики охлаждающего воздуха
В системах охлаждения шкафов воздух горячее жидкости. В данном случае ITD представляет собой разницу между горячим воздухом, поступающим в теплообменник, и холодной жидкостью, поступающей в теплообменник. Возможно, вам придется рассчитать повышение температуры, используя тепловую нагрузку и температуру холодного воздуха, поступающего в шкаф.
Пример: применение охлаждения шкафа
Вы охлаждаете шкаф с электронными компонентами, генерирующими 2400 Вт тепла. Температура воздуха в шкафу не должна превышать 55°C. Какой теплообменник следует выбрать и какова температура холодного воздуха, поступающего в шкаф с электроникой?
Шаг 1: Данные приложения
Тип жидкости: Вода
Требуемая тепловая нагрузка (Q): 2400 Вт (8189 БТЕ/ч)
Темп. поступающей жидкости (Tliquid in): 21°C
Максимальная температура воздуха в шкафу (Tair in): 55.5°C — это температура горячего воздуха, поступающего в теплообменник.
Скорость потока жидкости: 2 галлона в минуту.
Шаг 2. Рассчитайте начальную разницу температур
Вычтите температуру поступающей жидкости из температуры поступающего воздуха на входе в теплообменник.
Шаг 3: Рассчитайте требуемую производительность (Q/ITD)
Разделите требуемую тепловую нагрузку (Q) на ITD, найденный выше в шаге 2.
Шаг 4. Выберите подходящую модель теплообменника.
См. графики тепловых характеристик выбранных теплообменников (см. графики характеристик медных теплообменников – серии 6000 и змеевиков OEM, теплообменников из нержавеющей стали – серий Aspen и серий 4000 и алюминиевых теплообменников – серии ES). Подойдет любой теплообменник, мощность которого превышает 68,6 Вт/°C при расходе 2.2 галлонов в минуту (с использованием стандартного вентилятора). При использовании воды в качестве охлаждающей жидкости рекомендуется использовать медный теплообменник. Как показано на следующем графике, 6310 превосходит требуемую производительность, обеспечивая соотношение Q/ITD прибл. 76 Вт/°C с использованием нашего вентилятора Ostro.
Перепад давления жидкости и воздуха можно определить так , как и в предыдущем примере.
Шаг 5. Расчет температуры холодного воздуха, поступающего в шкаф
Теперь для расчета температуры холодного воздуха, поступающего в шкаф, воспользуемся графиком изменения температуры воздуха. При тепловой нагрузке 2400 Вт и скорости потока 250 кубических футов в минуту (скорость потока стандартного вентилятора Ostro, рекомендуемого для использования с 6310) мы видим, что изменение температуры составляет 17°C. Это означает, что холодный воздух, поступающий в шкаф, будет иметь температуру: 56°C – 18°C = 36°C.
Обратите внимание: эти графики предлагают простой графический способ оценки изменения температуры жидкости, если вы знаете свою тепловую нагрузку и расход, без необходимости выполнения расчетов. Графики для воды, воздуха, этиленгликоля/воды 50/50 и масла позволяют рассчитать изменения температуры воздуха и жидкости для всех типов теплообменников.
Шаг 6: Расчет температуры выходящей воды
Чтобы определить температуру выходящей воды, мы используем диаграмму «Поток воды» и обнаруживаем, что изменение температуры составляет примерно 5°C. Следовательно, температура выходящей воды равна 21°C + 7°C = 26°C.
Альтернативное уравнение определения размера
Общее уравнение теплопередачи можно использовать для расчета тепловой нагрузки и изменения температуры жидкости с учетом скорости потока жидкости и удельной теплоемкости.
ṁ можно рассчитать для воды и воздуха, используя следующие уравнения:
Графики изменения температуры, найденные в нашем справочном руководстве по температуре в технической библиотеке, отображают приведенное выше уравнение для обычных теплоносителей (воздух, вода, масло и смесь 50% EGW), предоставляя простой способ найти ΔT, если вы знаете свою теплоту. нагрузка и скорость потока жидкости.
Раздел «Теплообменник», чтобы просмотреть и сравнить наши варианты и их производительность.
Что следует учитывать при установке вентилятора при установке теплообменника
Интеграция теплообменника в вашу систему
При проектировании контура жидкостного охлаждения необходимо учитывать несколько моментов, касающихся соединения вентилятора и теплообменника и установки узла в вашу систему. В настоящих указаниях по применению рассматривается, как эти факторы, а именно использование камеры статического давления, направление потока, а также объемный и массовый расход, влияют на выбор и интеграцию вентилятора.
Пленум отделяет вентилятор от ребер теплообменника, обеспечивая распределение воздуха по всей поверхности теплообменника.
Если вентилятор расположен слишком близко к теплообменнику, эффективный размер теплообменника уменьшается примерно до размера вентилятора (рис. 1). Поскольку воздух теперь проходит через меньшую площадь, в результате перепад давления на стороне воздуха увеличивается и поток воздуха уменьшается. Сочетание меньшей эффективной площади теплообменника и уменьшенного потока воздуха приводит к меньшей теплопередаче.
При размещении на правильном расстоянии от теплообменника (см. Рисунок 2) вентилятор перемещает воздух по всей площади ребер теплообменника. Поскольку поток воздуха распределяется по большей площади, это приводит к меньшему перепаду давления, следовательно, к увеличению потока воздуха и повышению производительности.
Чтобы получить максимальную производительность вашего теплообменника, также важно, чтобы соединения между вентилятором, камерой статического давления и теплообменником были герметичными, чтобы избежать утечки воздуха и обеспечить прохождение всего воздуха через теплообменник.
Большинство стандартных теплообменников Boyd имеют встроенную пластину вентилятора и камеру статического давления, расположенные на оптимальном расстоянии для обеспечения хорошего потока воздуха. Это обеспечивает наилучшую производительность при интеграции теплообменника в вашу систему.
Размещение вентилятора
На размещение вентилятора влияют несколько условий, включая производительность, срок службы вентилятора и уровень шума.
Производительность
При условии отсутствия внешних ограничений потока воздуха вентилятор перемещает одинаковое количество воздуха, преодолевая заданное сопротивление, независимо от того, толкает он или тянет. Это означает, что если вы просто подключаете вентилятор к теплообменнику на открытом пространстве, разница в производительности невелика, независимо от того, проталкиваете ли вы воздух через теплообменник или протягиваете его. Если вентилятор проталкивает воздух через теплообменник, может произойти небольшое повышение температуры воздуха, поступающего в теплообменник, и, следовательно, снижение производительности из-за тепла, выделяемого вентилятором. В большинстве случаев это маргинально.
Однако там, где путь воздуха ограничен, как в случае с охлаждением шкафа, одно направление может быть менее ограничительным, чем другое, что приводит к разнице в производительности. Такие ситуации необходимо оценивать в каждом конкретном случае.
Жизнь фанатов
Как и все электрические устройства, двигатель вентилятора прослужит дольше при воздействии более низких температур. Срок службы может сократиться на 55 %, если вентиляторы работают при температуре воздуха 60 °C, а не 20 °C. Если вы охлаждаете жидкость, лучше всего проталкивать холодный воздух через теплообменник, чтобы более холодный воздух проходил над двигателем вентилятора. И наоборот, если вы охлаждаете воздух, срок службы и производительность вентилятора увеличатся, если вентилятор будет пропускать воздух через теплообменник.
Шум
Расположение вентилятора на стороне теплообменника, наиболее удаленной от оператора, отводя воздух от оператора, обеспечивает максимально тихую работу. Другие факторы, которые могут повлиять на уровень шума вентилятора, включают общий воздушный поток, размер и конструкцию лопастей, а также скорость, с которой работает вентилятор. Большие и медленно вращающиеся вентиляторы работают тише, чем маленькие высокоскоростные вентиляторы.
Объемный расход и массовый расход
Охлаждающая способность зависит от массового расхода. Вентилятор обеспечивает постоянный объемный расход, а не постоянный массовый расход. Массовый расход и объемный расход связаны плотностью воздуха. Более плотный воздух обеспечивает более высокий массовый расход и, следовательно, улучшает производительность теплообменника.
Плотность воздуха определяется давлением и температурой. При температуре 59°F и давлении 14,7 фунтов на дюйм плотность воздуха составляет 0,076 фунта/фут3. Увеличение температуры или уменьшение давления приводит к снижению плотности. При работе при повышенных температурах и высотах требуется больший объемный расход, чтобы компенсировать меньшую плотность.
Например, наш теплообменник 6210, оснащенный вентилятором Marin, имеет расход воздуха 225 кубических футов в минуту. При температуре 59°F и давлении 14,7 фунтов на дюйм это эквивалентно массовому расходу 17,1 фунта/мин. Однако на высоте 20 000 футов массовый расход составляет менее половины этого значения. На рисунке 3 показано, как этот массовый расход меняется в зависимости от высоты и температуры.
Зависимость объемного расхода от массового расхода нашего теплообменника 6210 с вентилятором Marin при различных температурах и высотах.
Выводы
Как правило, при установке теплообменника и вентилятора в вашу систему необходимо:
Используйте пленум для обеспечения хорошего распределения воздуха и, следовательно, оптимальной производительности.
Учитывайте конфигурацию системы, требования к уровню шума и срок службы вентилятора, чтобы решить, проталкивать или втягивать воздух через теплообменник.
Если вы работаете при повышенных температурах или на высоте, примите во внимание плотность воздуха, чтобы убедиться, что выбранный вентилятор подходит.
