Расчеты радиаторов водяного охлаждения в Flow Simulation

[BaLacT 0]

Добрый день, провожу тепловой расчет в Flow Simulation. Нужно разработать водяное охлаждение для массива резисторов. Из начальных данных имеется: что с резистора (одного) нужно отвезти 60 Вт, в сумме с каждого, а их 48 штук, примерно нужно отвезти 3 кВт, давление во всей системе ( +теплообменник и насос) 4 атмосферы, объемный расход 20 л/мин, температура воды на входе в радиатор 40 С.  Сама концепция радиатора (материал Д16) разработана и представляет собой змеевик. 
С Flow Simulation работаю впервые, исходя из обучающих данных из интернета, задал на входе с внутренней стороны заглушки граничные условия "Давление окружающей среды" и в термодинамических параметрах указал 40 С (если правильно понимаю это температура воды на входе), на выходе с внутренней стороны заглушки граничные условия задал "объемный расход на выходе" 0.0003333 м3/с, также в местах контакта резистора и радиатора на поверхности радиаторов задал граничное условие "Реальная стенка" с коэффициентом теплоотдачи алюминия Д16 = 230 и температурой 30 С текучей среды (если я правильно понял это условно температура комнаты, в которой будет использоваться это устройство), каждый резистор выбрал как объемный тепловой источник с мощностью тепловыделения 65 Вт, также добавил подобласть течения выбрав грани, по которым проходит вода. Также добавил "тепловое сопротивление" между резисторами и верхним/нижним змеевиком, выбрав тип "Материал/толщина" добавив керамику ALN толщиной 5 мм. 
Так как материалов по таким расчетам немного, прошу консультации, на выходе получаются неадекватные расчеты (например температура потока должна изменится от начальной 40 С к конечной уже нагретой, а по расчетам она на пути всего змеевика не изменяется), может указал, что неверно или нужно добавить какие-то условия? 

[maxx2000 1,080]

резисторы то небось проволочные, на керамической трубке намотаны? Так тут система сама просится, медная трубка внутри, по трубке течёт дистиллированная вода, такое реализовано в сталеплавильных индукционных печах и на некоторых ТВЧ

Чайник 2 кВт нагревает 2 литра воды за 8 минут до 100 градусов 

[vik_q 157]

Реальная стенка с коэффициентом теплоотдачи лишняя, если все тепло должна жидкость забирать.

Задание одновременно давления и расхода в системе сомнительно - у вас расход должен определяться исходя из сопротивления при заданном давлении (которое должен насос обеспечить своей расходно-напорной характеристикой).

 

Для понимания происходящего надо побольше картинок с объяснениями.

И начать надо с простой постановки - один резистор без тепловых сопротивлений. Когда получится - усложнять.

Edited January 17, 2025 by vik_q

[BaLacT 0]

14 минут назад, maxx2000 сказал:

резисторы то небось проволочные, на керамической трубке намотаны?

Резисторы в корпусе ТО-247

[green_fly 90]

7 минут назад, vik_q сказал:

Реальная стенка с коэффициентом теплоотдачи лишняя

согласен.

и лучше задавать расход на входе, а давление на выходе.

[BaLacT 0]

57 минут назад, vik_q сказал:

Для понимания происходящего надо побольше картинок с объяснениями.

https://cloud.mail.ru/public/GvRS/A6rQo1tar загрузил файлы расчетов и 3Д-модель в STEP формате для наглядности.
На данный момент попробую действительно начать с одной сборки по 8 штук, с учетом ваших замечаний.

[vik_q 157]

Рар архив это не картинки. Он черный и скучный. А картинки они цветные :)

и их можно быстро с телефона посмотреть...

[BaLacT 0]

17.01.2025 в 14:15, vik_q сказал:

Рар архив это не картинки. Он черный и скучный. А картинки они цветные :)

и их можно быстро с телефона посмотреть...

https://cloud.mail.ru/public/h1Q9/gnnjvGeJ9 Закинул пару картинок для общего понимания сборки, если нужно, могу сделать конкретные скрины 

[green_fly 90]

Энерговыделение точно для каждого резистора в отдельности задано?

[maxx2000 1,080]

Сдаётся мне что самый крайний резистор при таком раскладе змеевика будет перегреваться( но это не точно). Я бы пустил канавку вдоль длинной стороны, по крайней мере мой внутренний перфекционист так думает

Edited January 22, 2025 by maxx2000

[green_fly 90]

И по оценке перепад температур dT = (3000 Вт)/4200(Дж/кг/К)/(0.3кг/с) около двух градусов получается.

[green_fly 90]

И толщина для термопрокладки слишком большая, может быть 0,5 мм?

[green_fly 90]

На сборке с меньшим количеством резисторов у Вас получится совсем небольшой тепловой поток и, следовательно, незаметный перепад температуры. Сходимость расчета лучше контролировать по балансу энергии в жидкости между выходом и входом. На сошедшемся расчете эта разность будет равна энерговыделению в резисторах (при отсутствии других стоков).

[green_fly 90]

Примерно так должно получиться.

[BaLacT 0]

22.01.2025 в 11:22, green_fly сказал:

Энерговыделение точно для каждого резистора в отдельности задано?

Мощность тепловыделения задана 65 Вт (каждый из резисторов отдельно вынесен в пункте тепловые источники), пробовал увеличивать/уменьшать мощность, температура (текучая среда) остается +-1 С, тоже самое при изменение толщины керамической подложки

22.01.2025 в 11:29, maxx2000 сказал:

Сдаётся мне что самый крайний резистор при таком раскладе змеевика будет перегреваться( но это не точно). Я бы пустил канавку вдоль длинной стороны, по крайней мере мой внутренний перфекционист так думает

В сборке два змеевика, вода подается с противоположных сторон на каждый змеевик, при такой схеме баланс должен будет соблюден. 

16 часов назад, green_fly сказал:

Примерно так должно получиться.

Вот это вполне адекватная и логичная картина нагрева жидкости и самого змеевика. Подскажите, как вам это удалось?) 

[green_fly 90]

15 минут назад, BaLacT сказал:

Мощность тепловыделения задана 65 Вт (каждый из резисторов отдельно вынесен в пункте тепловые источники)

Если у Вас одно граничное условие типа Тепловой источник на все резисторы, то указанная мощность делится на все отмеченные тела. Умножайте на количество тел (48).

[maxx2000 1,080]

34 минуты назад, BaLacT сказал:

Подскажите, как вам это удалось?)

погугли как наложить градиент в фотошопе 

[green_fly 90]

17 часов назад, BaLacT сказал:

пробовал увеличивать/уменьшать мощность, температура (текучая среда) остается +-1 С

Попробуйте уменьшить расход воды в 10 раз. Перепад температуры должен стать более заметным.

[maxx2000 1,080]

А вот интересно.

Если резисторы зажаты между двух сисек радиаторов. Один радиатор с одной стороны горячий, а другой с того же края холодный, не будет резисторы коробить?