大型密闭式机柜冷却空气消耗计算杨添润,孙爱群(南京船舶雷达研究所,江苏南京210003)摘要:叙述了大型密闭式机柜热交换过程,介绍了冷却用空气消耗量的计算方法,针对某舰载雷达大功率电源密闭机柜给出了具体的计算实例。关键词:舰载雷达;大型密闭式机柜;冷却空气消耗计算:TN95718文献标识码:A:100920401(2001)0420053204CalculationofCoolingAirConsumptionoftheLargeAir2proofedCabinetsYANGTian2run,SUNThecalculatingmethodofthecoolingairconsumptionisproposed.Thespecificcalculatingexamplesaregiveninviewofthelargepowerair2proofedcabinetsofashipborneradar.Keywords:shipborneradar;largeair2proofedcabinet;calculationofcoolingairconsumptio引言1大功率电源通电后,在内部热源(元件和器件)和外部环境热源的作用下,机柜内部温度开始升高(非平稳热过程),元件、器件产生的和机柜壳壁与周围介质发生热交换流进机柜内部的全部热能,通过流过机柜的冷空气带走。随着时间的变化,冷却空气带走的热能最终与电源机柜内部发出的热能和机柜表面吸收的热能之和相等,机柜内温度就不再上升(平稳过程)。在平稳方式下电源机柜内部的热交换过程如下:(a)电源机柜内元件和器件产生的热能;(b)周围高温空气辐射到电源机柜的内表面热能;(c)周围高温空气对流到电源机柜的内表面热能;(d)通风装置产生的冷空气流过电源机柜时带出热能。通风装置产生的冷空气通过机柜顶部入口送到旁侧通道并被分流送到电源机柜各层,通过带有通风孔的底板,在流经各个元件时变热,沿着模块或其它结构件向上升到机柜顶部,并从顶部出口流出电源机柜回到通风装置。收稿日期雷达与对抗2001年第4期54最终,元件和器件产生的热能和周围介质经过机柜壁传到机柜内部的热能都由流过设备的冷却空气带走。2冷却用空气耗量计算211空气耗量计算方法空气耗量计算方法应考虑的热传递方式:(a)周围介质热量以对流方式传入机柜内部(传热过程如图1所示);(b)周围介质热量以辐射方式传入机柜内部;(c)空气流过仪器时带出的热量;(d)忽略机柜壳壁传导热阻。212原始数据(a)电源机柜内元件和器件排出的热量即耗散功率QH=4500W;(b)周围介质温度to=50℃;(c)设定机柜输入口空气温度t1=20℃,机柜输出口空气温度t2=30℃;图1周围热量传递过程(d)机柜的几何尺寸:A=1.16m(宽),B=0.58m(深),H=1.62m(高)。213机柜内空气耗量计算实例21311面积、特性尺寸和温度计算F1=2(A+B)H=2(1.16+0.58)×1.62=5.64m2F2=AB=1.16×0.58=0.67m2¯ti=0.5(t2+t1)=0.5(30+20)=25℃(机柜内均温)tw=0.5(¯ti+to)=0.5(25+50)=37.5℃(机柜外壁均温)L=2AB=2×1.16×0.58=0.78m(A+B)(1.16+0.58)2.3.2对流换热系数竖直板to-tw50-37.50.250.252αo1=3.03W/m·℃=1.417()=1.417()0.6H0.6式中H0.6=0.6(当机柜高度大于0.6m时)。热面朝上板to-tw50-37.50.250.25αo22=2.64W/m·℃=1.319()=1.319()L0.78热面朝下板to-tw0.25αo32=1.32W/m·℃=0.635()L©1994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.wwcnki杨添润等大型密闭式机柜冷却空气消耗计算552.3.3辐射换热系数to+273tw+273)4-)4((100100αΛ=εφ·5.67to-tw-3.10544=0.9×1.0×5.673.23=6.49W/m2·℃12.5式中,ε为系统黑度,当表面为灰色油漆并与周围空间进行辐射换热时ε=0.8;φ为表面1对表面2的角系数,当表面与周围空间进行辐射换热时,φ=1。2.3.4总传热系数K1K=δ11αo+λ+αi式中,αo为壳外侧换热系数,αi为壳内侧换热系数,δ为壁厚,λ为壁材料导热系数。忽略机柜壁的传导热阻,而且机柜环境温度及机柜内部均温与壳壁均温之差相等。因此α0≈αi,则=αo1(α略大于α)K=δ1oi12αo+λ+αi竖直板α1=αo1+αΛ=3.03+6.492=9.52W/m·℃α19.522=4.76W/m·℃K1=2=2同理,热面朝上α2=αo2+αΛ=2.64+6.492=9.13W/m·℃α19.132=4.57W/m·℃K2=2=2热面朝下2α3=αo3+αΛ=1.32+6.49=8.22W/m·℃α18.222=4.11W/m·℃K3=2=22.3.5周围介质传入机柜内部热量Q¯ti)=4.76×5.64(50-¯ti)=4.57×0.67(50-Q1=K1F1(to-Q2=K2F2(to-Q3=K3F3(to25)25)25)=671W=77WQ=Q1+Q2+Q3=671+77+69=817=69WW2.3.6结果(a)总热交换量Q...