Frage:
Wie bestimme ich den Wärmewiderstand einer Metallbox?
Stephen Collings
2015-02-17 02:34:29 UTC
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Angenommen, ich habe ein versiegeltes Gehäuse, sagen wir dieses von Hoffman:

Die Box ist 16 "x 12" x 6 "groß und besteht aus verzinktem Stahl mit einer Wandstärke von. 0635 "oder .0785" (Messgerät 16 oder 14). Ich plane, etwas Elektronik in diese Box einzubauen, die eine beliebige Wärmemenge erzeugt. Wie kann ich anhand dieser Informationen abschätzen, wie viel Luft in der Box verbraucht wird? außerhalb der Box über der Umgebung erwärmen?

Sie können die Integralform des Fourier-Gesetzes verwenden, um die Wärmeübertragungsrate zu bestimmen. $$ \ frac {\ delta Q} {\ delta t} = -k_sA \ frac {\ delta T} {\ delta x} $$ Wo $ Q $ der Wärmefluss ist, ist $ t $ die Zeit, $ -k_s $ ist die Wärmeleitfähigkeit Ihres Materials, $ A $ ist die Querschnittsfläche (in Ihrem Fall die Oberfläche jedes Ihrer Paneele), $ T $ ist Ihre Temperaturänderung (innen gegen außen) und $ x $ ist die Dicke von Dies hilft Ihnen festzustellen, ob Ihre Box die Wärme abführt, wenn Sie wissen, wie viel Wärme von der Elektronik erzeugt wird.
Stahl an sich ist kein sehr guter Isolator, daher wird die Wärme ziemlich schnell übertragen. Haben Sie darüber nachgedacht, das Gehäuse unten zu entlüften (mit oder ohne Lüfter)? Gibt es einen Grund, warum es zu 100% versiegelt sein muss?
Nun, es ist ein NEMA 3R-Gehäuse, daher bin ich vorsichtig, zusätzliche Löcher in das Gehäuse zu stechen und die Umweltverträglichkeit zu verlieren.
Sie kennen Ihre spezifische Anwendung nicht ... ein schnelles Google hat einige [NEMA 3R-bewertete Lüftungsschlitze] gefunden (https://www.hammfg.com/electrical/products/climate/1481l3r). Ich habe gerade jemanden ein Gehäuse für mich bauen lassen und er hat beschlossen, es mit etwas Ähnlichem zu entlüften (meine Anwendung ist drinnen, aber die Luft ist schmutzig).
Ein schwieriges Problem, das von vielen Details abhängt, die Sie nicht angegeben haben. (Gibt es Löcher in der Box, Wärmemenge, Orientierung, Wärmeflossen ...) In der Vergangenheit war es für mich einfacher, den Temperaturanstieg im "schlimmsten Fall" zu messen.
Zwei antworten:
#1
+6
Floris
2015-02-17 09:33:24 UTC
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Dies hängt stark vom Wärmefluss um das Gehäuse ab. Es gibt einen sogenannten H-Faktor, der die Wärmetransporteigenschaften zwischen einer Oberfläche und einer Flüssigkeit beschreibt. Der Wert von H variiert mit den Oberflächeneigenschaften und dem Durchfluss.

Für Ihre Berechnung benötigen Sie einige unterschiedliche Annahmen. Vereinfachen wir das.

1) Die Luft in der Box wird gleichmäßig erwärmt. 2) Luft strömt auf die gleiche Weise um fünf Seiten der Box. Es findet keine Wärmeübertragung durch den Boden statt.

Nun können wir die Box als "Wärmewiderstand" (die Wände) in Reihe mit einem Kühlkörper (die strömende Luft) betrachten.

Die Der Wärmewiderstand (K / W) der Wände ergibt sich aus

$$ R = \ frac {t} {kA} $$

Für Ihre Box gilt t = 1,6 mm, A = 3,4E5 mm $ ^ 2 $, k = 17 K / W, also R = 2,8E-4 K / W: Die Wände selbst weisen keinen großen Wärmewiderstand auf. Wir müssen uns also die Luft um sie herum ansehen.

Der Wärmeübergangskoeffizient ist eine starke Funktion des Luftdurchsatzes (deshalb haben Sie Lüfter zum Kühlen!). Nehmen wir einfach an, dass es einen natürlichen Luftstrom gibt, aber keine erzwungene Konvektion. Der Wärmeübergangskoeffizient liegt dann am unteren Ende der Skala oder bei etwa 0,5 W / m 2 / K. (Siehe zum Beispiel diese Referenz). Mit der "gebrauchten" Fläche der Box von 0,34 m $ ^ 2 $ (12x16 + (12 + 16 + 12 + 16) x6 in $ ^ 2 $) erhalten Sie für jedes Watt Leistung einen Temperaturanstieg von ca. 1,5 K in der Box zerstreut. Ein kleiner Ventilator an der Außenseite könnte dies leicht um den Faktor 10 reduzieren ...

Um den Punkt explizit nach Hause zu bringen: Diese Berechnung ist konservativ und SEHR CA. ; Die berechnete Zahl kann leicht eine Größenordnung von der Zahl abweichen, die Sie beim Bau Ihrer Box erhalten, da es SO viele Faktoren gibt, die dies beeinflussen. Die explizite Steuerung des Luftstroms (anstatt sich auf "den Luftstrom zu verlassen") ist wirklich wichtig, um Ihrer Antwort glaubwürdige Grenzen zu setzen. Dies spiegelt sich in den obigen Kommentaren wider ...

#2
+1
Stephen Collings
2015-09-15 02:49:29 UTC
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http://www.automationdirect.com/static/specs/encstratusheatexchangers.pdf

Gemäß diesem Dokument erfolgt die Wärmebelastung durch die Wände eines Metallgehäuses geschätzt in BTU / H als 1,25 x Oberfläche (sq ft) x Temperaturdifferenz (Grad F).

Bei Umrechnung in W / Grad C erhalten Sie etwa das 0,66-fache der Oberfläche der Box im Quadrat Fuß oder das 7,1-fache der Oberfläche in Quadratmetern.

Oder in Grad C / W sind das 1,52 ft ^ 2, 218,9 in ^ 2 oder 0,14 m ^ 2. Teilen Sie durch die Oberfläche, um den Wärmewiderstand der Box zu erhalten.



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