ヒーターを流れる水の温度を上昇させるために必要なエネルギー


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私は、水の温度を10℃から40℃に上げるためにヒーターに入れる必要のあるエネルギー(理想的には電気加熱)を解こうとしています水が毎時10リットルで流れる場合は、

ヒーターが80%効率的であると仮定します。

私は水の比熱が4.18J/g℃でこれに入ることを知っていますが、どのように流速で作業しますか?

+4

電気ヒーターは基本的に100%効率的であるています。システム全体の熱の一部は環境に失われるかもしれませんが、抵抗器に入るすべての電力は熱に変換されます。 11 3月. 162016-03-11 13:10:07

  0

はい、合意しましたが、その電気エネルギーを水に移動する効率は、これらが損失するところです。これはヒーターに向かう電線で熱が失われ、抵抗器の温度が上昇すると抵抗も増加します。 11 3月. 162016-03-11 15:14:29

+2

1:電気エネルギーは水に伝達されず、抵抗器からの熱だけが消費されます。 2:抵抗を上げても効率は変わらない。固定電圧源の場合、抵抗器への電力が少なくなる。しかし、この電力は、100%の効率で熱に変換されます。 11 3月. 162016-03-11 15:19:07

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効率は測定場所によって異なります。発熱体への入力エネルギーを測定すると、おそらく100%またはそれに非常に近いでしょう。レセプタクルで測定し、4本または5本の延長コードでヒーターに電力を供給している場合、それは少なくなります。 11 3月. 162016-03-11 15:56:15

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エネルギーは水に移され、電気エネルギーは抵抗器内の熱に変換され、この熱の一部は水に移され、熱もまたワイヤに沿って伝導される。これらのワイヤは短くて厚いので、損失は小さくなければなりません。 11 3月. 162016-03-11 17:17:40

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OPはどのような容器でこの加熱が起こるかは言いませんが、熱損失(およびそれに対応するシステム効率の低下)に対する懸念は、外部容器から大気への熱損失に起因すると考えられます。 11 3月. 162016-03-11 17:54:51

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容器はプラスチック製の水道管で、必要に応じて断熱することができますが、効率は実際に試験の目的ではありません。私は管理可能な流量で適度な電力量で水温を30度上昇させるだけです。 11 3月. 162016-03-11 22:10:36

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密度を乗じて体積流量を質量流量に変換するだけで済みます。これは水に簡単です:

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

ここで、比熱と温度上昇必要な電力を得る。


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

Where$ ジュール/秒 $is the power required in Watts ($ )

$ドットMここで、$ is the mass flow rate ( $kg/sec$ ) (you'll have to convert the volumetric flow given to a mass flow rate by using $dot m = Flow_{Vol} cdot rho$ where $ロー$ is the density of the fluid)

$C_P$ is the specific heat of the fluid ( $FRAC{ジュール}{キログラムの CDOT K}$ )

and $Delta T$ is the temperature difference in $

これは、流れる水を加熱するのに必要な電力を与えます。もちろん、エネルギーの量は水の流れの長さに依存します。時間1時間あたり


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  • 10リットル毎時
  • 10キロ
  • 万グラム秒

あたり

  • 166.66グラム毎分
  • 2.77グラム毎秒、あなたがする必要があります2.77gの水の温度を30℃上昇させる。

    • 2.77水
    • 4.18 J/gの比熱のG
    • 11.6 J効率的な80%と仮定すると、30度

    ため毎秒1度

  • 348 Jのために毎秒。

    • 348 J/80%= 435 J

    あなたは435 J /秒を必要としています。第あたり

    ジュールワット

    • 435 W
  • +4

    必要な30℃の温度上昇を忘れました。 11 3月. 162016-03-11 15:31:40

    +1

    OKなので、14.51Wは1℃上昇するのに必要な電力ですか? 30度の上昇を得るには、435.3ワットが必要でしょうか?それはより合理的に聞こえる。 11 3月. 162016-03-11 17:13:38

      0

    実際、350Wほどです。オリン氏が述べたように、環境への熱の20%を失うことは、非常に珍しい状況です。 11 3月. 162016-03-11 17:17:58

      0

    OK、5%、366ワットの損失を仮定します。私のテストでは、私は144ワット(DC 12V @ 12A)を投入し、20度の上昇を得ました。これは必要な電力の半分以下です。損失を無視すると、20度の上昇には11.6 * 20 = 232ワットが必要です。私はちょうど12.4度の上昇を見ただけです... 11 3月. 162016-03-11 17:27:54

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    私は正確な流量計を持っていないので、おそらく単なる測定誤差を組み合わせたので、流れの低下はより少ない電力で私に熱い水を与えるでしょう。温度計、それはデジタル熱電対であり、私はPSUの電流と電圧の表示を信頼していますが、流量測定は水の100mlを取るのにどれくらいの時間がかかりました... 11 3月. 162016-03-11 17:32:09

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    @DaveTweed Whoa、ありがとう。一定。 12 3月. 162016-03-12 00:20:28

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    より正確な流速(より一定)で再試験され、その結果は正確に数学と一致した。 14 3月. 162016-03-14 09:28:31