Domanda:
Come si determina la resistenza termica di una scatola di metallo?
Stephen Collings
2015-02-17 02:34:29 UTC
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Supponiamo che io abbia un involucro sigillato, diciamo questo da Hoffman:

La scatola è 16 "x12" x6 ", fatta di acciaio zincato con uno spessore di parete di. 0635 "o .0785" (calibro 16 o 14). Ho intenzione di inserire un po 'di elettronica in questa scatola, che genererà una quantità arbitraria di calore. Come posso usare queste informazioni per stimare quanto l'aria all'interno della scatola sarà riscaldarsi sopra l'ambiente fuori dagli schemi?

È possibile utilizzare la forma integrale della legge di Fourier per determinare la velocità di trasferimento del calore. $$ \ frac {\ delta Q} {\ delta t} = -k_sA \ frac {\ delta T} {\ delta x} $$ Dove $ Q $ è il flusso di calore, $ t $ è il tempo, $ -k_s $ è la conducibilità termica del tuo materiale, $ A $ è l'area della sezione trasversale (nel tuo caso l'area della superficie di ciascuno dei tuoi pannelli), $ T $ è la tua variazione di temperatura (interna vs. esterna) e $ x $ è lo spessore di il materiale Questo ti aiuterà a determinare se la tua scatola dissiperà il calore quando sai quanto calore viene generato dall'elettronica.
L'acciaio di per sé non è un ottimo isolante, quindi il calore si trasferirà abbastanza rapidamente. Detto questo, hai pensato di sfiatare la custodia sul fondo (con o senza ventola)? C'è un motivo per cui deve essere sigillato al 100%?
Bene, è un involucro NEMA 3R, quindi sono cauto nel perforare ulteriori fori e perdere la classificazione ambientale.
non conoscendo la tua applicazione specifica ... un rapido google ha scoperto alcune [prese d'aria classificate NEMA 3R] (https://www.hammfg.com/electrical/products/climate/1481l3r). Qualcuno ha appena fatto costruire un recinto per me e ha deciso di sfiatarlo con qualcosa di simile (la mia applicazione è all'interno ma l'aria è sporca).
Un problema difficile che dipende da molti dettagli che non hai fornito. (Ci sono buchi nella scatola, quantità di calore, orientamento, alette di calore ...) In passato ho trovato più facile misurare l'aumento di temperatura nel "caso peggiore".
Due risposte:
#1
+6
Floris
2015-02-17 09:33:24 UTC
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Questo dipenderà molto dal flusso di calore intorno all'armadio. C'è una cosa chiamata fattore H che descrive le proprietà di trasporto del calore tra una superficie e un fluido. Il valore di H varia in base alle proprietà della superficie e al flusso.

Quindi, per eseguire il calcolo, sono necessarie alcune ipotesi diverse. Semplifichiamo.

1) l'aria nella scatola è riscaldata in modo uniforme 2) l'aria scorre intorno ai cinque lati della scatola nello stesso modo; nessun trasferimento di calore avviene attraverso il fondo

Ora possiamo considerare la scatola una "resistenza termica" (le pareti) in serie con un dissipatore di calore (l'aria che scorre).

la resistenza termica (K / W) delle pareti è data da

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

Per la tua scatola, t = 1,6 mm, A = 3.4E5 mm $ ^ 2 $, k = 17 K / W, quindi R = 2.8E-4 K / W: le pareti stesse non presenteranno molta resistenza termica. Quindi dobbiamo guardare l'aria circostante.

Il coefficiente di trasferimento del calore è una forte funzione della portata d'aria (ecco perché hai ventole per il raffreddamento!). Facciamo un semplice presupposto che ci sia un certo flusso d'aria naturale, ma nessuna convezione forzata. Il coefficiente di scambio termico sarà quindi all'estremità inferiore della scala, ovvero circa 0,5 W / m ^ 2 / K. (Vedi ad esempio questo riferimento). Con l'area "usata" della scatola di 0,34 m $ ^ 2 $ (12x16 + (12 + 16 + 12 + 16) x6 in $ ^ 2 $), si ottiene un aumento di temperatura all'interno della scatola di circa 1,5 K per ogni Watt di potenza dissipato. Un piccolo ventilatore all'esterno potrebbe facilmente ridurlo di un fattore 10 ...

Quindi, solo per chiarire esplicitamente il punto: questo calcolo è prudente e MOLTO APPROSSIMATO ; il numero calcolato può essere facilmente un ordine di grandezza diverso dal numero che ottieni quando costruisci la tua scatola, perché ci sono così tanti fattori che influenzeranno questo. Controllare il flusso d'aria in modo esplicito (rispetto a fare affidamento su "qualunque flusso d'aria si trovi intorno") è davvero essenziale per ottenere qualsiasi tipo di limite credibile sulla tua risposta. Ciò si riflette nei commenti sopra ...

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

Secondo questo documento, il trasferimento del carico di calore attraverso le pareti di una custodia metallica è stimato in BTU / H come 1,25 x superficie (piedi quadrati) x differenza di temperatura (gradi F).

Convertendo in W / gradi centigradi, si otterrebbe circa 0,66 volte la superficie del riquadro in quadrato piedi o 7,1 volte la superficie in metri quadrati.

O in gradi C / O, corrisponde a 1,52 piedi ^ 2, 218,9 pollici ^ 2 o 0,14 m ^ 2. Dividi per la superficie per ottenere la resistenza termica della scatola.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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