Охлаждение, вентиляция с точки зрения физики

на страницах сайта 

www.electrosad.ru

В форуме "Расчёт системы воздушного охлаждения для ПК" наткнулся на обсуждение как должен проходить воздух в корпусе ПК, вертикально или горизонтально? 
По мнению
uopp "поднимать воздух на полметра вверх в случае размещения выхлопных на крыше - лишняя работа против силы тяжести. Горизонтальный прогон воздуха менее энергозатратен",
а expert vvc1 считает - "Нагревающийся воздух сам вверх подымается, а горизонтально сам не едет".
По мнению AmidMX -"
Скорость процесса такова, что в рамках топика про явление можно забыть"

 

 

Когда то, в детстве, я играл на бывшем кирпичном заводе. Лето было жаркое и мы искали место где попрохладнее. Когда пробегали по одному из помещений пилотка из газеты сорвалась с моей головы и улетела. Посмотрел вверх, высоко вверху белел кружочек неба. Это была старая заводская труба. Потом мы баловались подкидывая в воздух различные предметы. Те что полегче (обрывки бумаги, легкие щепки) улетали.

Физика говорит, что нагретый (не обязательно горячий) воздух становится легче и поднимается вверх. Объем поднимающегося воздуха тем больше:

  1. чем больше разность температуры на входе и выходе,
  2. чем больше площадь отверстия.

Об этом я подробно описал  в статье "Практическое применение основ вентиляции".

Там приведена формула:

W = 0,00032(Lпр*c*(tухtпр)) Вт [1]

Здесь:    
L
- объем приточного воздуха м3/час,
W
– отводимые избытки тепла  Вт, 
t
ух – температура воздуха уходящего из корпуса ПК, 
t
пр –температура приточного воздуха,  
ρпр – удельный вес приточного воздуха в кг/м3
С – теплоемкость воздуха в ккал/кг град.

Для того чтобы оценить необходимый для этого теплосъема объем воздуха, необходимо сначала определить давление ΔH, которое возникает в том же корпусе при нагреве воздуха.

ΔH = ½h*(ρхол - ρгор) кг/м2 [2]

Здесь:
h
- перепад высот центров входного и выходного отверстия,
ρхол - удельный вес приточного воздуха в кг/м3,
ρгор - удельный вес выходящего (горячего) воздуха в кг/м3.

Этот перепад давления ΔH обеспечивает скорость воздушного потока V через вентилируемый объем:

V = (2g*ΔH/ρ)½ м/сек [3]

Здесь:
g
- ускорение свободного падения (9,81 м/сек2),
ρ - удельный вес воздуха в отверстии кг/м3,
ΔH - давление в отверстии кг/м2 [2].

При этом расход воздуха через выходное отверстие L будет равен:

L = 3600 * k * S * V м3/час [4]

Здесь:
S
- площадь отверстия в м2,
V
- скорость воздуха в отверстии м/сек,
k
- коэффициент определяемый конструкцией выходного отверстия (0,7 - 0,4 большее значение для полностью свободного отверстия).

Эти формулы позволяют полностью оценить воздухообмен через корпус ПК.

Расчет выполняется исходя из того что отверстие на входе в корпус больше выходного (в 2 и более раз).

Из формул видим, воздухообмен тем больше чем больше:
S - площадь выходного отверстия и
V
- скорость воздуха через выходное отверстие,

а для этого необходимо иметь как можно большие 

ΔH и h - перепад давления на корпусе и перепада высот между центрами входных и выходных отверстий,
(tухtпр) тоже желательно иметь максимальный, но поскольку температура процессора, видеопроцессора, чипсета и других полупроводниковых приборов ограничена, как правило не должна превышать 75-95 град.С.

Поэтому температура воздуха на выходе из корпуса ПК не может превышать 50-70 град.С. Это ограничивает воздухообмен и снимаемую из корпуса ПК мощность.

Расчеты показывают, что правильно спроектированный корпус способен обеспечить отвод из него около 250 Вт тепловыделений при перепаде температур вход-выход порядка 25 град.С без вентилятора. При этом средняя температура воздуха в корпусе составит около 17 град.С. Такой режим обеспечивают старые или китайские корпуса.

Это говорит о том, что для улучшения его характеристик, в таком корпусе можно применять тихоходные и поэтому малошумные вентиляторы.

P.S.

Рассмотрим пример,
дано:

tвх = 21 град, tвых = 50 град, ρвх = 1,21, ρвых = 1,1, h = 0,45 м, S = 0,0113 м2,

По формуле [2] получаем ΔH = 0,025 кг/м2,

По формуле [3] получаем V = 0,66 м3/сек,

По формуле [4] получаем L = 17 м3/час,

По формуле [1] получаем W = 176 Вт.

Итак эффективность теплообмена (тепловыделяющие узлы - воздух помещения) составляет 170 Вт. Это немного, но сделано без применения вентиляторов! Конечно в малогабаритных корпусах этой величины достичь не удастся.

Вот ответ форумчанам!

uopp "поднимать воздух на полметра вверх в случае размещения выхлопных на крыше - лишняя работа против силы тяжести. Горизонтальный прогон воздуха менее энергозатратен" Общеизвестная истина -"горячий воздух поднимается вверх" его энергии достаточно чтобы совершать эту работу. Она эквивалентна работе вентилятора AFB0605LB Ø-60 мм, P=0,84Вт, N=24дб.
expert vvc1 "Нагревающийся воздух сам вверх подымается, а горизонтально сам не едет". Но чтобы он сам поднимался надо выполнить некоторые условия. Это - корпус должен быть с малым аэродинамическим сопротивлением и размеры отверстий для входа и выхода должны быть большими.
AmidMX -"Скорость процесса такова, что в рамках топика про явление можно забыть" В грамотно спроектированный корпус достаточно поставить малооборотный вентилятор Ø-120 мм чтобы обеспечить комфортную работу узлов ПК в нем при тепловыделении до 400 Вт.
Общее требование для подобной конструкции - четка проработка вопросов забора, вывода воздуха и путей его прохождения в корпусе ПК.

А.Сорокин. февраль 2009 год.

  Яндекс.Метрика

<<назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:

/Неизвестный процессор/Охлаждение ПК/Электроника для ПК/Linux/Проекты, идеи/Полезные советы/Разное/
/
Карта сайта/Скачать/Ссылки/Обои/

При полном или частичном использовании материалов ссылка на "www.electrosad.ru" обязательна.
Ваши замечания, предложения, вопросы можно отправить автору через
гостевую книгу или
почтой.

Copyright © Sorokin A.D.

2002 - 2013