La première étape pour choisir le bon produit pour votre application de système de refroidissement consiste à déterminer la charge thermique, ou la quantité de chaleur générée par votre système. This article explains how to establish heat load for any liquid cooling application. The same process can be adapted for air cooling systems as well.
Rough Estimate for Heat Load
Une méthode rapide et simple pour estimer la charge thermique consiste à supposer que toute l'énergie électrique qui entre dans un processus est convertie en chaleur. La 1ère loi de la thermodynamique nous enseigne que la quantité d'énergie qui sort d'un système ne peut jamais être supérieure à celle qui y entre. La charge thermique peut être estimée de façon conventionnelle comme étant égale à la quantité d'électricité consommée si celle-ci est la seule forme d'énergie entrant dans un système.Formule de calcul pour la chaleur massique
To determine heat load more accurately, use the heat transfer equation: Q = m x Cp x ΔT where:- Q = heat load (W [BTU/hr])
- m = mass flow rate (kg/s [lb/hr])
- Cp = specific heat (J/g-K [BTU/lb °F])
- ΔT = change in temperature (°C [°F])
Configuration de l'essai pour le calcul de la charge thermique
To determine Q using the above heat transfer equation, you will need to obtain the values m and ΔT experimentally. To measure these the temperature differential and mass flow rate values you will need the following equipment: Two (2x) Type "T" Thermocouples - Recommended accuracy: ± 0.2°F A Turbine Flow Meter - Recommended accuracy: ± 1% of Reading The thermocouples and flow meter can be used to measure fluid temperature change and flow rate of the cooling fluid when your system is at peak load operation (see Figure 1). En utilisant la chaleur massique du fluide (les propriétés des fluides couramment utilisés sont disponibles dans le Guide de référence thermique de notre bibliothèque technique) et l'équation ci-dessus, la charge thermique peut être calculée.
What Are Thermocouples?
Thermocouples are a sensor built from two dissimilar metals that generate an electrical charge based on the temperature at the joint between those two materials. Thermocouples are a crucial element in thermal testing.
Accurate measurements rely on placing the thermocouple junction as close to the point under test. If a material is in the way, thermal resistance and thickness can also help determine the temperature at a specific point but decrease the overall accuracy of your measurement.
Thermocouples Measurement Accuracy
La précision des thermocouples et du débitmètre est un facteur extrêmement important, car une petite diminution de la précision peut entraîner un pourcentage d'erreur important. For example: if the temperature rise is 10 °C and the thermocouples are accurate to ± 0.5 °C, the temperature rise measurement could be off by as much as 1 °C, or 10%. This means that the overall heat load calculation cannot be more accurate than that ±10%. If the temperature rise is less than 10 °C, the ± 0.5 °C becomes an even higher error percentage. Lorsque l'erreur de température est indiquée en °F ou en °C, le pourcentage d'erreur peut être calculé en multipliant par deux la précision du thermocouple, puis en divisant par le changement de température et en multipliant par cent.Thermocouple Calibration
We recommend calibrating the two thermocouples prior to recording measurements. If this isn't possible, the accuracy of one thermocouple can be compared to the other. Pour ce faire, faites passer un courant de fluide à travers les thermocouples dépourvus de charge thermique. Si les températures sont identiques, l'élévation de température exacte peut être utilisée au moment du fonctionnement maximal. Otherwise, account for the temperature difference of the two thermocouples under no heat load when conducting measurements at peak load operation. For thermocouples measuring different temperatures, subtract the temperature difference with no heat load from the temperature difference with heat load applied. For example: if the two thermocouples read 20.0 and 20.5°C when under no heat load, and 25.0 and 30.5°C with heat load applied, the change in temperature should be calculated to be (30.5 - 25.0) - (20.5 - 20.0), or 5.0°C.How to Measure Liquid Flow Rate Without a Flow Meter
If a flow meter is not available, measure the constant flow rate of the system with a graduated container and a timer. Collect the fluid in the graduated container over a measured period. Divide the amount of fluid by the amount of time that has elapsed. Un débit constant est essentiel lors de la mesure du débit de cette manière. La densité du fluide doit être utilisée pour convertir le débit volumétrique en débit massique.
These methods of determining heat load are generic to any liquid cooling application and can be used when sizing a CDU, recirculating chiller, cold plate, or heat exchanger.
Now I Know my Heat Load, What Next?
Once you’ve calculated the heat load of your system, you can start determining the amount of cooling you require. This piece of information combined with the amount of volume allowable for a cooling system will help thermal engineers select or develop a liquid cooling system that will meet your project needs.
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