提高流过加热器的水温度所需的能量


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我想知道如果水以每小时10升的速度流动,我需要将多少能量(理想的电加热)放入加热器中以将水的温度从10摄氏度升高到40摄氏度。

假设加热器效率为80%。

我知道水的比热量为4.18 J/g℃,但我如何在流速下工作?

+4

电加热器基本上100%有效。整个系统的一些热量可能会损失到环境中,但进入电阻器的所有电能将转换为热量。 11 3月. 162016-03-11 13:10:07

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是的,但是将电能转移到水中的效率是损失的地方。这将导致进入加热器的电线失去热量,随着电阻器温度的升高,电阻也会增加。 11 3月. 162016-03-11 15:14:29

+2

1:电能不会传递到水中,只会传递来自电阻器的热量。2:增加阻力不会改变效率。对于固定电压源,电阻器的功率将会减少。然而,所有这些功率仍然转换为热量,效率基本上为100%。 11 3月. 162016-03-11 15:19:07

  0

效率取决于您衡量的位置。如果您测量加热元件输入端的能量,它可能是100%或非常接近它。如果您在插座上进行测量并通过4或5根延长线为加热器供电,则会更少。 11 3月. 162016-03-11 15:56:15

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能量被转移到水中,电能在电阻器中转化为热量,并且一些热量被转移到水中,一些热量也沿着电线传导出去。这些电线短而粗,因此任何损耗都应该很小。 11 3月. 162016-03-11 17:17:40

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OP没有说明这种加热将在何种容器中进行,但我对热损失(以及相应的系统效率损失)的关注将是由于外部容器向大气的热量损失。 11 3月. 162016-03-11 17:54:51

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容器是塑料水管,如果需要我可以隔离,但效率并不是测试的目的。我需要以可控的流量以适度的电功率将水温提高30度。 11 3月. 162016-03-11 22:10:36

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您只需要通过乘以密度将体积流量转换为质量流量。这很容易用水:

$10 \\mathrm{l/hr}\cdot 1 \\mathrm{kg/l}= 10 \\mathrm{kg/hr}= 10^4 \\mathrm{g/hr}= \frac{10^4 }{3600}\\mathrm{g/sec}= 2.78 \\mathrm{g/sec}$

现在,您可以乘以比热和温升来获得所需的功率。


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$P = \dot m \cdot C_p \cdot \Delta T$

其中 $P$ 是瓦特所需的功率( $Joules/sec$ )

$dot m$ 是质量流量( $kg/sec$ )(您必须将给定的体积流量转换为质量流量通过使用 $dot m = Flow_{Vol}\cdot \rho$ 其中 $rho$ 是流体的密度)

$C_p$ 是流体的比热( $frac{Joules}{kilogram \cdot K}$ )

和 $Delta T$ 是 $K$ 的温差

这将为您提供在水流动时加热水所需的电力。能量的大小当然取决于水的流动时间。


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  • 每小时10升
  • 每小时10公斤
  • 每小时10,000克
  • 每分钟166.66克
  • 每秒2.77克

每秒钟,您需要将温度为2.77克的水提高30°C。

  • 2.77克水
  • 4.18 J/g比热
  • 每秒11.6 J为1度
  • 每秒348 J,30度

假设80%的效率。

  • 348 J/80%= 435 J.

你需要435 J/s。

每秒焦耳是一个

  • 435 W
+4

你忘记了所需的30℃温升。 11 3月. 162016-03-11 15:31:40

+1

好的,14.51 W是升高1摄氏度所需的功率吗?为了获得30摄氏度的升温,我需要435.3瓦?这听起来更合理。 11 3月. 162016-03-11 17:13:38

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实际上,更像350W。正如奥林所说,将20%的热量输送到环境中将是一种极不寻常的情况。 11 3月. 162016-03-11 17:17:58

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好的,所以假设损失5%,366瓦特。在我的测试中,我输入了144瓦(DC 12v @ 12A)并且增加了20度,这看起来有点不到所需功率的一半?忽略损失,20度上升需要11.6 * 20 = 232瓦。我应该只看到12.4度的上升... 11 3月. 162016-03-11 17:27:54

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这可能只是组合测量误差,因为我没有精确的流量计,所以流量的下降会给我更热的水,以减少功率。我相信温度计,它是一个数字热电偶,我相信PSU的显示电流和电压,但流量测量只需要多长时间才能获得100ml水... 11 3月. 162016-03-11 17:32:09

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@DaveTweed哇,谢谢你。固定。 12 3月. 162016-03-12 00:20:28

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重新测试更准确的流速(更恒定),结果与数学完全匹配。 14 3月. 162016-03-14 09:28:31