Der erste Schritt bei der Auswahl des richtigen Produkts für Ihre Kühlsystemanwendung besteht darin, die Wärmelast oder die von Ihrem System erzeugte Wärmemenge zu bestimmen. Dieser Artikel erklärt, wie die Wärmebelastung für jede Flüssigkeitskühlungsanwendung ermittelt werden kann. Das gleiche Verfahren kann auch für Luftkühlsysteme angewendet werden.
Grobe Schätzung der Wärmelast
Eine schnelle Methode zur Schätzung der Wärmebelastung ist die Annahme, dass die gesamte in einen Prozess eintretende elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird. Aus dem 1. Hauptsatz der Thermodynamik wissen wir, dass die Menge der Energie, die ein System verlässt, niemals größer sein kann als die Menge der Energie, die in ein System eintritt. Die Wärmelast kann konservativ als gleich der verbrauchten Strommenge geschätzt werden, wenn Strom die einzige Energieform ist, die in ein System eintritt.Formel für spezifische Wärme
Um die Wärmelast genauer zu bestimmen, verwenden Sie die Wärmeübertragungsgleichung: Q = m x Cp x ΔT wobei:- Q = Wärmelast (W [BTU/hr])
- m = Massendurchsatz (kg/s [lb/hr])
- Cp = spezifische Wärme (J/g-K [BTU/lb °F])
- ΔT = Änderung der Temperatur (°C [°F])
Testaufbau zur Berechnung der Wärmebelastung
Um Q anhand der obigen Wärmeübertragungsgleichung zu bestimmen, müssen Sie die Werte m und ΔT experimentell ermitteln. Um diese Werte für die Temperaturdifferenz und den Massendurchsatz zu messen, benötigen Sie die folgenden Geräte: Zwei (2x) Thermoelemente vom Typ „T“ – Empfohlene Genauigkeit: ± 0,2°F Ein Turbinen-Durchflussmesser – Empfohlene Genauigkeit: ± 1 % des Messwerts Die Thermoelemente und der Durchflussmesser können verwendet werden, um die Änderung der Flüssigkeitstemperatur und die Durchflussmenge der Kühlflüssigkeit zu messen, wenn Ihr System unter Spitzenlast arbeitet (siehe Abbildung 1). Unter Verwendung der spezifischen Wärme der Flüssigkeit (die Eigenschaften häufig verwendeter Flüssigkeiten finden Sie im Wärme-Nachschlagewerk in unserer technischen Bibliothek) und der obigen Gleichung kann die Wärmebelastung berechnet werden.
Was sind Thermoelemente?
Thermoelemente sind Sensoren, die aus zwei unterschiedlichen Metallen bestehen und eine elektrische Ladung erzeugen, die von der Temperatur an der Verbindungsstelle zwischen diesen beiden Materialien abhängt. Thermoelemente sind ein wichtiges Element bei Wärmeprüfungen.
Für genaue Messungen muss die Verbindungsstelle des Thermoelements so nah wie möglich an dem zu testenden Punkt platziert werden. Wenn ein Material im Weg ist, können der Wärmewiderstand und die Dicke ebenfalls dazu beitragen, die Temperatur an einem bestimmten Punkt zu bestimmen, aber die Gesamtgenauigkeit Ihrer Messung verringern.
Messgenauigkeit der Thermoelemente
Die Genauigkeit der Thermoelemente und des Durchflussmessers ist besonders wichtig, da eine geringe Abnahme der Genauigkeit einen erheblichen Fehleranteil verursachen kann. Ein Beispiel: Wenn der Temperaturanstieg 10 °C und die Thermoelemente haben eine Genauigkeit von ± 0,5 °C genau sind, könnte die Messung des Temperaturanstiegs um bis zu 1 °C, oder 10 % abweichen. Das bedeutet, dass die Berechnung der gesamten Wärmelast nicht genauer sein kann als ±10 %. Wenn der Temperaturanstieg geringer ist als 10 °C, werden die ± 0,5 °C zu einem noch höheren Fehlerprozentsatz. Wenn der Temperaturfehler in °F oder °C angegeben wird, kann der Fehlerprozentsatz berechnet werden, indem die Thermoelementgenauigkeit mit zwei multipliziert, dann durch die Temperaturänderung geteilt und mit hundert multipliziert wird.Thermoelement-Kalibrierung
Wir empfehlen, die beiden Thermoelemente vor der Aufzeichnung von Messungen zu kalibrieren. Wenn dies nicht möglich ist, können Sie die Genauigkeit des einen Thermoelements mit der des anderen vergleichen. Dazu wird ein Flüssigkeitsstrom ohne Wärmebelastung durch die Thermoelemente geleitet. Wenn die Temperaturen gleich sind, kann der genaue Temperaturanstieg bei Spitzenbetrieb verwendet werden. Andernfalls berücksichtigen Sie die Temperaturdifferenz der beiden Thermoelemente ohne Wärmelast, wenn Sie Messungen im Spitzenlastbetrieb durchführen. Ziehen Sie bei Thermoelementen, die unterschiedliche Temperaturen messen, die Temperaturdifferenz ohne Wärmebelastung von der Temperaturdifferenz mit Wärmebelastung ab. Zum Beispiel: Wenn die beiden Thermoelemente 20,0 und 20,5 °C anzeigen, wenn keine Wärmebelastung vorhanden ist, und 25,0 und 30,5 °C bei angelegter Wärmebelastung, sollte die Temperaturänderung berechnet werden als (30,5 - 25,0) - (20,5 - 20,0), oder 5,0 °C.Wie man die Durchflussrate von Flüssigkeiten ohne Durchflussmesser misst
Wenn Sie keinen Durchflussmesser zur Verfügung haben, messen Sie die konstante Durchflussrate des Systems mit einem Messbehälter und einer Zeitschaltuhr. Fangen Sie die Flüssigkeit in dem Messbehälter über einen bestimmten Zeitraum auf. Teilen Sie die Flüssigkeitsmenge durch die verstrichene Zeit. Bei dieser Art der Durchflussmessung ist eine konstante Durchflussrate unerlässlich. Die Dichte der Flüssigkeit sollte zur Umrechnung von Volumenstrom in Massenstrom verwendet werden.
Diese Methoden zur Bestimmung der Wärmelast gelten allgemein für jede Flüssigkeitskühlungsanwendung und können bei der Dimensionierung einer CDU, eines Umlaufkühlers, einer Kühlplatte oder eines Wärmetauschers verwendet werden.
Jetzt kenne ich meine Wärmelast, was nun?
Sobald Sie die Wärmelast Ihres Systems berechnet haben, können Sie damit beginnen, die benötigte Kühlleistung zu bestimmen. Diese Information in Verbindung mit dem für ein Kühlsystem zulässigen Volumen hilft Wärmeingenieuren bei der Auswahl oder Entwicklung eines Flüssigkeitskühlsystems, das den Anforderungen Ihres Projekts entspricht.
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