расчет радиатора

[Hylics]

Надеюсь на ваши советы по вот какой задаче.
Заказал модуль усилителя Icepower 1200AS2 который нужно будет установить в имеющийся 2U рэковый корпус. Проблема с выбором радиатора.
В даташите модуля есть пример подходящего радиатора Фишер электроник SK198. Конструкционно модуль это бутерброд из платы и теплораспределительной пластины, Ш,Д 100х300 мм, высота до 63мм. Радиатор 15мм.
Поставить радиатором вниз, не будет конвекции, если радиатором вверх то неудобный монтаж, нет доступа к разъёмам.

Двигаемся дальше, надежды на корпус как радиатор быть не может, он тонкий, стальной и будет окружен другими усилками в рэке. Будет два вентилятора 80мм на пониженном напряжении для тишины, возможно подключу температурозависимое управление.
По модулю много информации в даташите, требуемое тепловое сопротивление менее 0.8 К/Вт, мощность рассеиваемая в покое, зависимость КПД от мощности, максимальные температуры модуля.
Пока есть одна идея, нужен радиатор профиля "ШШ___ШШ" либо "ШШ___ШШ___ШШ" на всю ширину корпуса, с запасом на установку второго модуля. Модули и ребра радиатора ориентированы вдоль корпуса от передней панели к задней. Идеально было такой радиатор заказать сделать на ЧПУ, но он может выйти по цене золотого.
Относительно несложно найти алюминиевые листы разных размеров и толщин для использования как еще одну теплораспределительную пластину и смонтировать на нее модуль(и) и радиаторы вот так: "ШШ МОДУЛЬ ШШ". А вот как бы хотя бы грубо прикинуть необходимую толщину этой пластины без FEM расчетов? Вдоль этой пластины как я понимаю будут градиент температуры и тепловой мощности, причем меняющийся от центра пластины к краю модуля, а затем к краю радиатора.

[mAxSpace]

П-образный профиль и продувать легким потом воздуха.
Более чем достаточно. Никакие "ШШ___ШШ" либо "ШШ___ШШ___ШШ" не нужны.

[Hylics]

А если без FEM будет не обойтись, то мысли вслух про использование COMSOL, уже наверное лет 7 прошло с того как пытался в нем разбираться. Но думаю грубая модель должна быть в 2Д координатах, сечение поперек. Задать константой температуру границы модуль-пластина теплообменника и температуру воздуха вокруг ребер радиатора

---------- Сообщение добавлено 13:56 ---------- Предыдущее сообщение было 13:55 ----------

3-4 мм толщина профиля пойдет? Нашел алюминиевый профиль швеллер 120х40х4

[mAxSpace]

Толщины 4мм более чем достаточно, по высоте лучше поискать повыше (зря чтоль корпус 88мм ?) Но и 4см будет достаточно если вдоль него обычные 80мм вентиляторы от 7 вольт будут продувать.

[minimalman]

П-образный профиль и продувать легким потом воздуха.
Более чем достаточно. Никакие "ШШ___ШШ" либо "ШШ___ШШ___ШШ" не нужны.

То есть производитель дурак, указывая требования в 0,8К/Вт?? Простая пластина по ДШ даёт мощность в 0,125 от номинальной)

Hylics, нужен серьёзный радиатор, если продув не агрессивный, то по теплосопротивлению в пассиве это где-то 1,6К/Вт, то есть порядка 500кв.см. Это на глаз, в реале берёте подходящий, ставите в свой корпус с продувом, подаёте мощность, измеряете - если есть заготовки, это проще и надёжнее имхо.
Пластину для ШШ___ШШ луше брать максимально доступной толщины - 6..8, даже 10мм, по деньгам разница невелика, а вероятность деформации и дополнительно вносимой сопротивление на голову лучше по сравнению с 3..4мм. А если есть возможность отфрезеровать или ещё как-то добится плоскостности - ещё краше.

---------- Сообщение добавлено 09:17 ---------- Предыдущее сообщение было 09:15 ----------

Кстати, не нашёл инфы - а что у модулей снизу? По идее тоже пластина изолированная.

[mAxSpace]

То есть производитель дурак, указывая требования в 0,8К/Вт?? Простая пластина по ДШ даёт мощность в 0,125 от номинальной)

А вентилятор ?

[Hylics]

Продув хочу точно не агрессивный, в л/ч не могу оценить потому что напряжение будет пониженное. Модуль еще едет, с виду там голая алюминиевая пластина около 3мм, требований по изоляции от корпуса нет. Пока от скуки поставил COMSOL, смотрю примеры расчетов. Насчет фрезеровки, возможно получится найти где сделают такую разовую услугу, но стараюсь избежать этого, потому что например находил фирму делающую радиаторы на ЧПУ, но проблема в том что минимальный заказ под 400$.
Спасибо за советы

[Hylics]

сделал простую модель по мануалам, П-образный радиатор из алюминия, 120х80х4 длина 300мм, теплорассеивающая пластина модуля источник тепла 250Вт, в ламинарном потоке воздуха от всей передней стенки рэка к всей задней, поток максимальный паспортный для выбранного вентилятора 55 м3/ч. К слову профиля такого похоже не производят, у доступного высота два раза меньше. Несмотря на это, расчетные температуры не внушают оптимизм, хотя в реале может и получше будет. Когда приедет модуль, добавлю его геометрический профиль для уточнения модели

[Hylics]

Всех с НГ!
Пишу уже не с вопросом, а как ищу решение, может кому-то пригодится. Моделирую разные варианты в COMSOL, замечательная программа. Обнаружил непонятку в вводных данных, даташитный радиатор с 0.8 К/Вт и паспортная долговременная мощность без ухода в термал 280 Вт на канал. По графику рассеиваемой мощности это 175Вт, а 175*0.8=140C, что абсурдно. Поэтому когда я получил такие же температуры с моделью П-образного радиатора от Макса, я решил что этого мало, хотя тепловое сопротивление оказалось очень близко к требуемым 0.8, с учетом максимального обдува.
Пока писал, пришло в голову, что возможно в даташите вся рассеиваемая мощность, а не только через радиатор

Из-за нехватки опыта с программой приходится использовать довольно мелку сетку элементов что ведет к довольно долгим рассчетам. Сейчас ищу баланс между потенциалом модулей и весом, ценой радиаторов. Из-за скромных габаритов модуля мне хотелось иметь возможность поставить второй модуль. Но похоже ценой этому будет шум вентиляторов и/или корпус целиком забитый радиатором, нужно где-то уступить. Т.е. в идеале хотелка была такая, в одном корпусе 2U разместить 1-2 модуля не уходящие в термал на паспортной мощности при незаметном в паузах шуме обдува

[funny the rat]

Тут сработает только что либо с развитой поверхностью. Ищи П профиль сразу с мелким оребрением или на обычный П придётся прикручивать что либо с мелкими рёбрами.
С принудительной конвекцией ребра толщиной 1.5-2.0мм высотой 5 мм и шагом 5-6мм дают весьма значительный прирост рассеиваемой мощности. К этому может быть понадобится кожух под обдув чтобы весь поток проходил по всей длинне рёбер, но это уже смотреть по факту.

[Hylics]

Да, да, все к этому и идет, без кожуха под обдув все варианты симуляции показывают полный швах, основной поток пролетает мимо радиатора. И тут еще накрылась идея ставить два модуля в корпус, глубина корпуса 300 и длина модуля 300, а еще ж внутрь корпуса торчат разъёмы, вентиляторы... Придется ставить модуль длинной стороной по ширине корпуса. А в такой ориентации уже подходит радиатор из даташита, ребра вдоль потока будут.
В общем откатился я до этого варианта радиатора, его ширина 300, глубина 100, высота 15, ребра с шагом 5.8, подошва 4. Вместе с модулем высота будет 78мм, вмещается впритык.
Смоделировал с кожухом принудительную конвекцию, выходит очень хорошо, 180Вт тепловых потерь (а это 2*280Вт синуса долговременно в нагрузку), потенциал двух вентиляторов по паспорту до ~100м3/ч в стационарном режиме нагреют теплорассеивающую подошву модуля:
при 80 м3/ч до 32С, макс. скорость потока ~9 м/с
при 40 м3/ч до 40С, макс. скорость потока ~4.5 м/с
при 20 м3/ч до 58С, макс. скорость потока ~2.5 м/с

Оценить бы теперь, не возникнет ли шум на такой скорости продувки радиатора. Бегло нагуглил такую фразу: "Для гражданских зданий максимальная скорость воздуха в воздуховоде – 6 м/с", вроде бы запас есть

Если форумчане не укажут на какой косяк рассчетов, то считаю задачу решенной. Запощу потом что получится по факту, температура и субьективную оценку шума

[funny the rat]

6 м/с

Это весьма шумно в реальной жизни в применении к реальной вентиляции.

[Hylics]

В общем собрал усилитель еще летом, подключил обратную связь с температурного датчика модуля на вентиляторы, на ардуинке. В моих условиях для охлаждения хватает минимальных 30% duty cycle PWM сигнала на кулеры при которых они минимально слышны и в тоже время гарантированно запустятся. В будущем думаю сделать мощную нагрузку 4/8 Ом и точнее настроить зависимость температура->скорость кулера на максимальной мощности, но пока устраивает и как есть