В работе выполнено численное моделирование вентиляции шкафа управления насосами (ШУН). Определены поля относительной влажности и оценены риски образования конденсата на электротехнических компонентах.

Попадание влажного воздуха на электротехнические компоненты может стать причиной образования конденсата и поломки оборудования. В связи с этим, обеспечение требуемых параметров микроклимата внутри корпуса ШУН и поддержание низкого уровня влажности на электротехнических компонентах является важной и актуальной задачей, требующей комплексного решения от инженеров при проектировании системы вентиляции.

Рисунок 1 — Схема расположения электротехнических компонентов в ШУН

Специалистами «АО ЦИФРА» по заказу компании Grundfos, ведущего мирового производителя насосного оборудования, выполнено численное моделирование вентиляции ШУН с помощью ANSYS CFD, сформулиированы рекомендации по размещению электротехнических компонентов и работе системы контроля микроклимата.

Объект исследования и постановка задачи

В качестве объекта исследования выбраны несколько вариантов ШУН. На корпусе ШУН установлены выпускные решётки и вентиляторы, нагнетающие воздух из окружающей среды. Печки имеют собственные вентиляторы, нагнетающие воздух в сторону электротехнических компонентов. Датчики температуры и гигрометр расположены внутри ШУН и управляют работой вентиляторов и нагревателей. В качестве исходных данных для построения модели используются STL-модели и
чертежи (рисунки 1, 2).

Рисунок 2 — Геометрическая модель ШУН

В работе необходимо определить поля относительной влажности внутри корпуса, оценить риски образования конденсата на электротехнических компонентах, а также скорректировать технические решения для обеспечения требуемых параметров климата внутри корпуса, на основе многовариантных расчётов.

Для проведения многовариантного численного анализа была выполнена параметризация модели. Геометрические параметры модели определяют размеры ШУН, расположение электротехнических компонентов в конструкции и их количество.

Параметризация конечно-объёмной сетки настроена так, чтобы автоматически распознавать все изменения, произведённые в геометрической модели. Зоны, на которых прикладываются граничные условия, меняют своё расположение в соответствии со всеми перестроениями геометрической модели и конечно-объемной сетки. Продольный разрез конечно-объёмной сетки области внутри ШУН представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 — Конечно-объёмная сетка. Продольный разрез

Парциальное давление паров воды в воздухе, а также влажность воздуха и парциальное давление насыщения рассчитывалось на основании физических свойств среды, давления и температуры в соответствии с методикамирасчёта [1].

Для определения коэффициентов аэродинамического сопротивления ПЧ, нагревателей с вентилятором, фильтров и выпускных решёток были произведены предварительные расчёты как с помощью CFD-расчётов, так и на основании справочных данных [2].

Результаты и выводы

Газодинамические расчёты выполнены для двух режимов работы:

1. Режим охлаждения ШУН. Вентилятор подаёт охлаждённый воздух из атмосферы, охлаждая электротехнические компоненты внутри ШУН.
2. Режим сушки ШУН. Вентилятор выключен, печка нагревает воздух внутри ШУН, понижая общий уровень влажности.

Рисунок 4 — Распределение относительной влажности

Для этих режимов рассчитаны ожидаемые показания на датчиках температуры и гигрометре, построены поля влажности, температуры, и скоростей. Распределение относительной влажности и линии тока внутри ШУН для одного из расчётов приведены на рисунке 4 и рисунке 5.

На основании произведённых расчётов даны рекомендации по расположению электронных компонентов в корпусе ШУН и работе системы контроля микроклиматом. В результате проведённого газодинамического анализа выявлены зоны повышенной относительной влажности внутри корпуса и скорректированы технические решения для обеспечения требуемых параметров климата внутри корпуса.

Рисунок 5 — Линии тока и распределение температур по потоку и на электронных компонентах

Полученные результаты способствуют сокращению числа длительных и материально затратных экспериментов и позволяют как качественно, так и численно оценить преимущества и недостатки каждого из конструкторских решений по компоновке ШУН.

Источники

1. ГОСТ 8.524-85 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Таблицы психрометрические. Построение, содержание, расчетные соотношения.
2. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям/ Под редакцией М.О.Штейнберга. – М.:Машиностроение, 1992– 672 с.:ил.