Esiste un fluido in particolare che è migliore di altri sia in termini di prestazioni che di costo?

L'acqua è difficile da battere sotto entrambi gli aspetti. Il problema è che ha questa tendenza a diventare un conduttore poiché dissolve i sali, quindi deve essere isolato o in qualche modo mantenuto molto puro. A volte il problema di questo è troppo, quindi una sorta di olio è più facile.

Che tipo di volume di fluido dovrei usare supponendo che usassi fino a 100 W, in modo che vinca " Non inizi a riscaldarti velocemente? C'è anche un modo per calcolarlo con precisione?

La capacità termica è forse la proprietà fisica rilevante qui. La capacità termica specifica dell'acqua liquida è di circa $ 4,8 J / (gK) $ e poiché 1 ml di acqua pesa circa 1 g, possiamo anche dire che la capacità termica volumetrica dell'acqua liquida è di circa $ 4,8 J / ( mLK) $. Sappiamo che $ W = 1J / s $, e da queste due cose, data una potenza e un po 'di volume d'acqua, possiamo calcolare a quale velocità aumenterà la temperatura, se la temperatura è uniforme e non c'è energia termica. essere perso altrove. Usiamo 100 W e 1 L come esempio:

$$ \ require {cancel} \ frac {100 \ cancel {J}} {s} \ cdot \ frac {\ cancel {mL} K} {4.8 \ cancel {J}} \ cdot \ frac {1} {1000 \ cancel {mL}} = 0.21 \ frac {K} {s} \\ $$

Dato che stiamo parlando di un tasso di cambiare, potresti anche considerare $ K = ^ \ circ C $.

Naturalmente, questo implica due presupposti che sappiamo non essere veri, il primo è che la temperatura dell'acqua (o qualsiasi altro refrigerante ) è uniforme ovunque. Se il liquido di raffreddamento viene agitato attivamente, potrebbe essere abbastanza vicino al vero. Altrimenti, dipendi dalle correnti conduttive e dalla conduzione per distribuire l'energia termica in tutto il refrigerante, alcune parti sono più calde e altre più fredde, ma la temperatura media aumenta a questa velocità.

Ma questo è alquanto discutibile, data la seconda ipotesi: che altrimenti non andrebbe persa energia termica. Probabilmente non avvolgerai il carico fittizio in coperte e poi lo azionerai fino a quando non si surriscalda, ma piuttosto lo costruirai con una superficie progettata per irradiare calore nell'ambiente abbastanza bene da poter essere azionato indefinitamente senza surriscaldarsi. Il compito del refrigerante è in realtà solo quello di fornire un buon accoppiamento termico tra il dissipatore di calore e le fonti di calore e di calcolare la media dei carichi termici transitori.

La proprietà fisica rilevante per il dissipatore di calore è assoluta resistenza termica. Questa quantità ha unità $ K / W $ e ti dice, per una data potenza costante, quale sarà l'aumento di temperatura sopra la temperatura ambiente. Sarà specificato dalla scheda tecnica del produttore. È inoltre necessario aggiungere a questo la resistenza termica di tutto ciò che si trova tra le fonti di calore e il dissipatore di calore. Sfortunatamente calcolare la resistenza termica assoluta del tuo serbatoio di refrigerante è difficile, perché ha una geometria complessa e le cose che probabilmente verranno utilizzate nel serbatoio (acqua, olio) in realtà non sono conduttori termici particolarmente buoni: spostano il calore principalmente per convezione.

Quindi, l'approccio generale è questo: calcola, per la potenza del tuo progetto e l'aumento di temperatura consentito, quanto dovrebbe essere grande il dissipatore di calore assumendo il caso migliore, quindi ingrandiscilo per tenerne conto altri fattori. TLAR è probabilmente il metodo più economico e, se hai bisogno di qualcosa di più preciso, pompa una potenza nota in un prototipo e, se diventa troppo caldo, ingrandiscilo.

Ci sono problemi di sicurezza non ovvi a cui devo pensare quando lo costruisco e lo utilizzo? Non voglio perdere nulla di semplice ma oscuro.

Oltre a quelle ovvie di avere una quantità potenzialmente grande di fluido possibilmente infiammabile, probabilmente molto caldo, potenzialmente riscaldato oltre il suo punto di ebollizione, collegato a una fonte di energia elettrica che potrebbe essere in grado di generare scintille o riscaldamento (soprattutto in condizioni di guasto) materiali sopra detto punto di infiammabilità del fluido? No, non riesco davvero a pensare a nessuno. Non penso che siano le preoccupazioni non ovvie per la sicurezza che ti uccideranno.

In un sistema sigillato come questo, c'è qualche rischio di esplosione a causa della pressione del riscaldamento del liquido?

Sì, vedi l'ultima domanda. Non lo sigillerei se potessi evitarlo, e se lo facessi, sarei sicuro che non fosse sigillato molto bene, quindi un guasto di sovrapressione sarebbe semplicemente gocciolante piuttosto che esplodere. Inoltre non poteva far male assicurarsi che il meccanismo di rilascio della pressione dribbli e non spari un getto di olio caldo .

100 W non è molta potenza, rispetto al carico che i carichi fittizi del fluido erano destinati a gestire. I carichi fittizi da 1 kW potrebbero utilizzare un resistore tubolare da 100 W all'interno del fluido. Potresti, infatti, utilizzare una resistenza da 100 W 50 Ω in aria con un dissipatore di calore e saltare del tutto il fluido. Potresti racchiuderlo in una gabbia di Faraday di qualche tipo (un altro motivo per cui i carichi venivano spesso fatti in barattoli di vernice) come uno schermo a rete in modo da avere ancora un buon flusso d'aria attraverso la resistenza. Il vantaggio qui è che hai bisogno di un resistore non induttivo e la maggior parte dei resistori tubolari da 100 W sono bobine. Tuttavia, puoi ottenere resistenze da 100 W a film spesso e utilizzare un normale dissipatore di calore economico o un pezzo di metallo casuale che probabilmente hai già in giro per ottenere lo stesso valore di carico. Usalo come piastra riscaldante per riscaldare la tua bevanda quest'inverno.

Non c'è motivo di darsi la pena di calcolare il fluido necessario per un carico intermittente di 100 W. Se desideri comunque utilizzare un carico fittizio fluido, utilizza solo un litro o più, controlla la temperatura se devi trasmettere per più di un minuto alla volta e vai avanti con i test.

Tenere presente che la maggior parte dei carichi fittizi fluidi sono progettati solo per un uso intermittente. In realtà non spostano il calore nell'aria alla stessa velocità con cui lo ricevono, lo assorbono semplicemente. Sono pensati per brevi periodi di test, con il trasmettitore in funzione, al massimo, 1 minuto ogni dieci minuti.

Si surriscaldano ed esplodono se utilizzati oltre il loro design.

Quindi le informazioni che devi veramente fornire sono il tuo ciclo di lavoro e per quanto tempo lo utilizzeresti.

Se hai intenzione di eseguire 10-20 test di watt, ciascuno della durata di un minuto o meno con una pausa tra ogni test di 10 minuti o più, quindi quasi qualsiasi carico fittizio di fluido semplice da un litro sarà in grado di gestire i 10-20 wattora di energia totale che gli verrà immessa.

Se devi eseguire test continui e devi dissipare 100 W per ore alla volta, dovrai cercare una soluzione diversa.

Ma, come menzionato sopra, 100 W semplicemente non lo sono così tanto. Ottenere un resistore di potenza non induttivo da 100 W, collegarlo a un dissipatore di calore in grado di dissipare continuamente 100 W non sarà molto costoso. Quindi puoi testare quanto vuoi e non preoccuparti mai del tuo ciclo di lavoro, o della temperatura e del rischio del carico fittizio.

Quando vuoi testare i trasmettitori di livello kW a un ciclo di lavoro basso, non puoi battere il prezzo di un carico fittizio fai da te riempito di liquido. Per qualsiasi altra situazione (potenza inferiore o uso continuo) i carichi fittizi riempiti di fluido non sono attraenti come altre soluzioni.