Elektrika.cz, reportážní portál instalační elektrotechniky, vyhlášky, schémata zapojení .

 
Oddíly
reklama
Bleskovky
Osobní nástroje
POZOR! JEŠTĚ NEPROŠLO JAZYKOVOU KOREKTUROU!

CM# Chlazení stroje a aerodynamický odpor


Document Actions
CM# Chlazení stroje a aerodynamický odpor
Koukněme znovu na chlazení strojů. Udělejme si zase malý odborný přesah z našich vodičů k tomu, co napájí a to, co následně musíme chladit. Sice bych aerodynamický odpor bych čekal spíše u problematiky vztlaku na křídle letadla ale u chlazení se podobný princip objevuje také! Každý z nás se také pohybuje v jiných oborech a analogie si vytváří třeba jiné. Někoho napadne tepelné čerpadlo, klimatizace a mě jednoduše křídlo větroně ...
Vilém Gracias, ze dne: 8.06.2024
reklama


Aerodynamický odpor v elektrických strojích a vztlak křídla letadla jsou si podobné tím, že oba se zabývají tím, jak vzduch nebo jiná tekutina proudí kolem různých povrchů a způsobuje tření a ztrátu energie. U elektrických strojů se snažíme odvádět teplo a udržovat správnou ventilaci pomocí ventilátorů a kanálů, zatímco u letadla jde o to, jak se křídlo pohybuje vzduchem, aby vytvořilo vztlak, což umožňuje letadlu letět. V obou případech je důležité pochopit, jak se vzduch pohybuje a jaké síly na něj působí, aby se zajistil efektivní výkon – buď chlazení stroje, nebo let letadla ... 

Vzduchové a plynové systémy chlazení a ventilace elektrických strojů jsou tvořeny:

  • a) Ventilační a chladicí úseky:
    - Tyto úseky mají různé tvary (např. kanály, komory) a slouží k přepravě chladiva (např. vzduch) a k odvádění tepla z různých částí stroje
    - V otevřeném ventilačním systému se teplo odvádí do okolního vzduchu, zatímco v uzavřeném systému se teplo přenáší do druhého okruhu pomocí chladiče (buď vzduchového nebo vodního).
  • b) Zdroje tlaku:
    - Tyto zdroje jsou hlavně ventilátory, které mohou být externí nebo vestavěné, nebo radiální ventilační kanály v rotoru
    - Ventilátory vytvářejí tlakové rozdíly, které uvádějí chladivo do pohybu a tím zajišťují jeho tok strojem
Specifickým rysem ventilačních systémů elektrických strojů je, že některé kanály rotují a některé komory mají rotující stěny. Vestavěné ventilátory mají pouze oběžná kola bez statických lopatek, což způsobuje silné víry za ventilátory. Tyto víry zhoršují přívod chladiva do následující části systému a narušují ideální tok chladiva.

Ventilátory uvedou chladivo do pohybu a tím konají práci na ventilačním systému, což vyžaduje přívod energie.





Ventilační výpočet elektrického stroje zahrnuje tři hlavní kroky:
  • a) Stanovení odporů:
    - Je třeba určit aerodynamické odpory jednotlivých úseků a celého systému. Na základě toho se vypočítají tlakové ztráty v jednotlivých úsecích i v celém systému při požadovaném průtoku chladiva
  • b) Návrh zdrojů tlaku:
    Navrhnout ventilátory nebo jiné zdroje tlaku, které zvládnou při daném průtoku chladiva kompenzovat tlakové ztráty ve ventilačním systému. To zahrnuje určení jejich charakteristik
  • c) Výpočet potřebného výkonu:
    Stanovit výkon potřebný k ventilaci a vypočítat tzv. ventilační ztráty. Taky je třeba určit příkonové charakteristiky jednotlivých tlakových členů

Jednoduše řečeno, celý proces zahrnuje zjištění, jaké odpory má systém, navržení ventilátorů, které tyto odpory překonají, a výpočet energie potřebné k jejich provozu.


Výpočet ventilace elektrického stroje
Výpočet ventilace elektrického stroje je náročný, protože je potřeba zjednodušit složité proudění vzduchu uvnitř stroje do jednodušší podoby, kterou lze snadno vypočítat. To znamená, že celý systém ventilace převedeme na síť kanálů a tlakových zdrojů, jako je jeden velký ventilátor místo několika menších.

Zjednodušení a předpoklady
Pro zjednodušení předpokládáme, že jednotlivé části systému se navzájem neovlivňují. Také předpokládáme, že teplota ve stroji se nemění (izotermické proudění), což je důležité, protože většina experimentálních dat byla získána za těchto podmínek. Tyto předpoklady mohou vést k nepřesnostem, ale usnadňují výpočty.

Výpočty a realita
Výpočty často zanedbávají složité jevy, jako je rotace, protože je těžké je zahrnout do jednoduchého matematického modelu. V praxi tedy modelujeme proudění jako jednorozměrné, i když ve skutečnosti je proudění mnohem složitější a třírozměrné.

Kvůli zjednodušenému modelu nejsou dnešní metody výpočtu ventilace dokonalé. Přesto nám i jednoduché výpočty mohou poskytnout užitečné informace o tom, jak ventilace ve stroji funguje, zejména u jednodušších systémů.

Konfrontace s realitou
Metody výpočtu ventilace se neustále testují a upravují podle měření na skutečných strojích. Tímto způsobem se teoretické výpočty zlepšují a stávají se spolehlivějším nástrojem pro návrh elektrických strojů. Také je možné dosáhnout dobrých výsledků pomocí experimentů založených na teorii podobnosti a modelování.

Při navrhování nových ventilačních systémů, pro které nemáme experimentální data, může dojít k tomu, že výpočty nebudou zcela odpovídat realitě. To by nás ale nemělo překvapit, protože se jedná o nový a dosud neprozkoumaný problém.

Rozpory mezi teorií a praxí
Někdy se stává, že teorie nesedí s výsledky experimentů. To nám ukazuje, co je potřeba v naší teorii opravit, aby matematický model lépe odpovídal realitě.

Jednoduché versus složité systémy
Je důležité si uvědomit, že čím složitější je ventilační systém, tím méně přesné jsou výpočty. Větší složitost znamená více nejasností v matematickém popisu, což ovlivňuje i výsledky výpočtů. U velmi složitých systémů mohou být rozdíly mezi výpočty a skutečností značné.

Základy aerodynamických odporů
V této části se je dobré se zaměřit na základní principy aerodynamických odporů. Ukázat si, jak tyto odpory počítat a jak pracovat se složitějšími sítěmi, které se skládají z různých aerodynamických odporů.

Tlakové ztráty a proudění tekutin
Když tekutiny proudí, dochází k úbytku tlaku kvůli dvěma hlavním důvodům:
  • Vazkost (viskosita): Tření mezi částicemi tekutiny a stěnami kanálů
  • Směšování: Když částice tekutiny mají různé rychlosti nebo směry

Vazkost (viskosita) způsobuje tření molekul, zatímco směšování větších částic vede k turbulentnímu pohybu tekutiny. Oba tyto jevy vedou k nevratným procesům, které zvyšují neuspořádaný pohyb částic a snižují jejich uspořádaný pohyb. To může zvýšit teplotu tekutiny nebo způsobit rozpad vírů až do úplného zmizení.

Zjednodušení ventilačního systému
Pro snadnější výpočet můžeme ventilační systém rozdělit na menší části, které představují hydraulické odpory a zdroje tlaku. To nám umožňuje počítat systém jako síť odporů a tlakových zdrojů.




Typy aerodynamických odporů

Aerodynamické odpory můžeme rozdělit na dva typy:
  • Třecí odpory: Vznikají v kanálech kvůli tření mezi tekutinou a stěnami
  • Lokální odpory: Vznikají při změně rychlosti nebo směru proudu tekutiny

Ve ventilačních systémech elektrických strojů převažují lokální odpory, takže třecí odpory můžeme často zanedbat. Výjimkou jsou vodiče s přímým chlazením, kde mohou být třecí odpory důležité.

Typy proudění
Při proudění tekutin kanály můžeme pozorovat dva hlavní typy proudění:
  • Laminární proudění: Plynulé a uspořádané proudění
  • Turbulentní proudění: Chaotické a vířivé proudění

Na rozdíl od pohybu pevných těles, kde vznikají setrvačné síly, dochází u tekutin k výraznějším změnám kvůli vazkosti a směšování částic.

Pochopení těchto základních principů pomůže lépe navrhovat a počítat ventilační systémy elektrických strojů, i když na to jsou jiní odborníci.








 

Pravidelný sobotní přehled novinek a bonusů
z celého portálu Elektrika získáte přihlášením

 

 

Diskutující k tomuto článku

   (počet diskutujících: 1)
TEXT Z OBLASTÍ SOUVISEJÍCÍ KONTAKT


FIREMNÍ TIPY
Digitalizace nás kromě jiných služeb zasypává také daty. Máme tolik dat, že se v nich často nemůžeme vyznat. O tom, co nám dnes poskytuje digitalizovaná knihovna, hovořím s Petrem Žabičkou z Moravské zemské knihovny. Žijeme v době, kdy nové publikace nevznikají, nejsou žádní autoři odborných článků. Jsme zasypávání krátkými reklamními úryvky a zdroje ke studiu nám zůstávají skryty pod tlustou vrstvou marketingových cílů. Co s tím?
Rakouská pobočka OBO BETTERMANN začíná stavět další objekt! S heslem "Růst potřebuje prostor" startuje výstavba nového kancelářského, logistického a školicího centra v Gramatneusiedlu. Tam vzniká budoucí zázemí OBO Austria. Do konce roku bude nová budova OBO přístřeším pro zhruba třicet pracovníků značky. Do budoucna značka OBO zpevní svou dosavadní síť. A jaké je ohlédnutí za českou pobočkou? V květnu 2019 společnost OBO BETTERMANN oslavila na pražském ...
Kam se v budovách vyvíjí uplatnění vysokorychlostních dat optickými vlákny? Příchod elektroinstalačních podomítkových trubek Fraenkische se zabudovaným optickým vláknem se datoval dřív než známost standardů datových přenosů Industry 4.0. Trubky s označením FFKuS DATALIGHT se v českých e-shopech objevují, ale na běžných stavbách určitě ne. Jde o speciálku, říkají dataři, v běžném obydlí stačí spotřebiteli Wi-Fi. Jiná situace může ...
Terminolog
Týdenní přehled
Přihlašte si pravidelné zasílání týdenního přehledu
Vyhledávání
Hledaný text zadávejte prosím s diakritikou



Panacek
reklama
Tiráž

Neomezený náklad pro česky a slovensky hovořící elektrotechnickou inteligenci.

ISSN 1212-9933