计算基于压缩空气的冷却的合适压力

3D打印 冷却 温度
2021-05-01 18:57:09

我听说有人使用空气压缩机和管道连接到工具头和出口开口作为部分冷却。一个例子是Berd Air,但从我收集到的信息来看,它在相当低的压力下工作,压缩空气的膨胀不太可能使空气明显低于环境温度,因此它基本上等同于低端风扇。事实上,这段视频将这种系统与 HevACS 进行了比较,发现它相当无效。

如果想利用压缩空气的冷却作用,用远低于环境温度的空气撞击零件,所需的压力与温度下降之间的关系是什么?我认为人们可以用理想气体定律非常接近地解决它,但我不明白如何计算当空气离开系统的高压部分时体积和压力的变化。

2个回答

也许您正在考虑使用调谐涡流管产生冷热气流的“涡流冷却”。维基百科示例使用 100 SCFM 的过滤压缩空气在 100 PSI 下产生 70 °C 的温差。

这是亚马逊上的一款针对铣削应用的产品。这是另一个...

首先,我在 Matlab 中创建了一个从 210°C 冷却到低于 50°C 的快速简化模拟。这是一个图表,显示了温度曲线随时间的差异。如前所述,它被简化了,因为我猜打印件可以在不到 5 秒的时间内从 210 度升至 50 度,当适当冷却到室温时。

我使用了这个微分方程:

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其中T是温度,t是时间,T_target是目标温度(冷却空气的温度),a是我为满足上述指定标准而调整的常数(a = 0.5)

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如您所见,您可以节省大约一秒钟的冷却时间。你说够不够。在我看来,它与标准印刷无关。

如果您想尝试和试验它,这里是 Matlab 源代码(它也可能在 GNU Octave 中运行,但我还没有尝试过):

clear;
clc;

a = 0.5;
targetTemp1 = 23;
targetTemp2 = 0;
tempLine = 50;

timeSpan = [0, 5];
x0 = 210;

[t1, y1] = ode45(@odeFcn, timeSpan, x0, 0, a, targetTemp1);
[t2, y2] = ode45(@odeFcn, timeSpan, x0, 0, a, targetTemp2);

figure("Position", [360, 1220, 1200, 800]);
hold on;
plot(t1, y1);
plot(t2, y2);
plot([timeSpan(1), timeSpan(end)], [tempLine, tempLine], "Color", "black", "LineWidth", 2);

grid on;
legend("Taget temperature: " + targetTemp1, "Taget temperature: " + targetTemp2);
xlabel("t[s]");
ylabel("T[\circC]");

function y = odeFcn(t, x, a, target)
    y = -a * (x - target);
end

话虽如此,这就是我计算所需压力的方法。

常数:

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c是空气的比热容, κ空气的泊松常数, ρ是空气密度, V_2是大气压下的体积,我估计了这个值, Δt是假设加压空气在室温下需要冷却的温差低至 0 度

通过delta t冷却空气所需的能量由以下公式给出:

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假设这是理想气体的绝热过程,我们可以使用这个方程来找到p1

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假设V1由下式给出:

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我计算出所需的功W为 0.3 J,压力p1为 148 kPa。对我来说,这似乎相当低,我可能在某处犯了错误或错误的假设。但是,我总是建议尝试并凭经验找到答案,因为有太多不可预见的变量,例如:空气湿度、会吸收/释放热量的部分、气流的方向和速度、出口的横截面积等。

希望这可以帮助。

[编辑] 你可以在这里这里在维基百科上找到方程式遗憾的是,它是捷克语,因为英语变体没有这种格式的方程。