Теплопередача от меди к воде при протекании через рёбра

[Killerchik 173]

Коллеги, всем привет.

Вопрос довольно общий. В процессе проектирования и САЕ расчётов охлаждающего устройства столкнулся с непонятным мне эффектом. Показать деталь не могу, не согласовал с руководством - но если будет нужно, нарисую эскиз. Всё довольно просто - медная деталь, с одной стороны которой есть рёбра, через которые протекает вода - 4л/мин и 45С на входе. С другой стороны детали, под рёбрами, расположена площадка примерно 40х40мм, к которой приложено тепловыделение на площади, 500Вт. Толщина рёбер - 0,25мм, межрёберный зазор - 0,25мм, высота рёбер переменная, длина порядка 50мм (постоянная). Впрыск воды происходит через щель по центру рёбер, жидкость расходится от щели в обе стороны вдоль рёбер.

В нескольких вариантах расчёта я менял высоту рёбер: 2; 2,67; 3,34; 4,01мм. Больше не менялось ничего. Базовой высотой рёбер у нас было значение 2,67мм, при этом разность температуры по высоте ребра в расчёте получалась порядка 3-4 градусов, что натолкнуло меня на уверенность, что высоту рёбер можно бы увеличить для уменьшения дельты температуры тепловыделяющей поверхности.

В зоне оребрения сделана локальная сетка с меньшим размером ячеек. Зона локальной сетки менялась вслед за высотой рёбер и всегда выходила на 0,5мм за зону рёбер.

И так, результаты. Высота рёбер, падение давления, средняя температура площадки, к которой приложено тепловыделение.

 

2мм           20.720Па     58,05С

2,67мм      19.363Па     57,89С

3,34мм      18.754Па     57,89С

4,01мм      18.757Па     57,88С

 

И так, если по падению давления ещё наблюдается кое-какая логика, то в температуре я логики не вижу примерно вообще. Я бы понял, если бы с ростом высоты ребра температура площадки росла бы: меньше воды попадает к основанию рёбер, максимально близко к источнику тепловыделения. Но она практически не меняется. Есть у кого-нибудь идеи, с чем это может быть связано?

[green_fly 90]

Не ясно, площадка с тепловыделением находится на самом радиаторе, или это поверхность контакта двух тел?

Тепловой баланс проверили? Расчет сошелся? Вода уносит 500 Вт?

 

С одной стороны, Вы увеличиваете поверхность теплообмена, с другой - рост высоты ребер при постоянном расходе воды приводит к снижению скорости - т.е. к снижению числа Нуссельта/коэффициента теплоотдачи. Может быть эти два эффекта нивелируют друг друга.

 

Посмотрите на тепловые потоки от ребер, может там что-то интересное.

[Killerchik 173]

3 часа назад, green_fly сказал:

Не ясно, площадка с тепловыделением находится на самом радиаторе, или это поверхность контакта двух тел?

На самом радиаторе, других тел в модели нет.

 

3 часа назад, green_fly сказал:

Тепловой баланс проверили? Расчет сошелся? Вода уносит 500 Вт?

Да, температура воды на выходе с учётом расхода соответствует мощности тепловыделения.

 

3 часа назад, green_fly сказал:

С одной стороны, Вы увеличиваете поверхность теплообмена, с другой - рост высоты ребер при постоянном расходе воды приводит к снижению скорости - т.е. к снижению числа Нуссельта/коэффициента теплоотдачи. Может быть эти два эффекта нивелируют друг друга.

Да, думал об это более в более колхозных категориях. Но не так же идеально!

Наверное, стоит попробовать например изменить толщину рёбер.

[green_fly 90]

17 минут назад, Killerchik сказал:

Наверное, стоит попробовать например изменить толщину рёбер.

Или основание медной пластины.

 

Еще проверьте, что заглушки из теплоизолятора.  Хотя это, наверное, мелочи.

Может сетка недостаточно подробная (и в меди, чтобы осреднить по площадке, и в воде).

 

Еще можно попробовать посчитать по эмпирическим формулам для теплообменника схожей конструкции.

 

[Killerchik 173]

1 час назад, green_fly сказал:

Может сетка недостаточно подробная (и в меди, чтобы осреднить по площадке, и в воде).

Вот это кстати хороший пункт для проверки. Мне наш теплоинженер скинул образец, я особо не думая перебил настройки, но проверить размер КЭ в зоне оребрения как-то и не догадался.

 

1 час назад, green_fly сказал:

Еще проверьте, что заглушки из теплоизолятора.  Хотя это, наверное, мелочи.

Заглушки одним телом с моделью :) Но до них далеко, да и расчёт сравнительный.

[danzas 106]

30.04.2025 в 04:45, Killerchik сказал:

.... Показать деталь не могу, не согласовал с руководством ...

Согласуйте с руководством и загрузите точную расчетную модель.

Ну то есть, вам сложно согласовать, а мне должно быть несложно воображать все детали вашей конструкции и условий омывания? 

Edited May 19, 2025 by danzas

[green_fly 90]

1 час назад, danzas сказал:

загрузите точную расчетную модель

С моделью любой дурак сможет. А нам дураки не нужны.

[danzas 106]

1 час назад, green_fly сказал:

С моделью любой дурак сможет. А нам дураки не нужны.

@green_fly, да вы просто симпотяга!

Вашу деликатную оценку моего, с позволения сказать, интеллекта, я понял....

Посыпаю голову пеплом...

[green_fly 90]

6 минут назад, danzas сказал:

Вашу деликатную оценку

Не хотел обидеть. Хотел искрометно пошутить.

[danzas 106]

10 минут назад, green_fly сказал:

Не хотел обидеть. Хотел искрометно пошутить.

Да я нисколько не обиделся. 

Просто у меня вызывают недоумение действия ТС. 

ТС испрашивает  консультации по сложносоставному теплофизическому процессу,

и при этом предлагает сделать некие субъективные ОБРАЗНЫЕ  построения вместо того,

чтобы попросту загрузить эскиз геометрии и картины омывания.... 

[green_fly 90]

Загрузка точной модели попахивает разглашением коммерческой тайны.

Да, с эскизом было бы проще. Но, видимо, с задачкой уже разобрались.

[Killerchik 173]

4 часа назад, green_fly сказал:

Но, видимо, с задачкой уже разобрались.

В целом, да. Действительно в начале, похоже, я попал в уникальное сочетание размеров рёбер и скорости потока. При дальнейшем изменении размеров рёбер удалось добиться снижения температуры и даже нащупать оптимальное сочетание толщины ребра, высоты ребра и межрёберного зазора для минимальной температуры охлаждаемого объекта при фиксированном расходе воды. Правда, это всё получилось после снижения расхода с 4 до 1л/мин (что близко к фактическим параметрам в реальности), на 4 может всё так и осталось бы без изменений.