히터를 통해 흐르는 물의 온도를 높이기 위해 필요한 에너지


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저는 물이 10 리터/시로 흐르면 10도에서 40도까지 물의 온도를 올리기 위해 히터에 넣어야 할 에너지 (이상적으로 전기 가열)를 계산하려고합니다.

히터의 효율이 80 %라고 가정합니다.

나는 물의 특정 열이 4.18 J/g도 C에 들어오는 것을 알지만 유속에서 어떻게 일하나요?

+4

전기 히터는 기본적으로 100 % 효율적입니다.전체 시스템의 열 중 일부는 환경으로 손실 될 수 있지만 저항에 유입되는 모든 전력은 열로 변환 될 것입니다. 11 mar. 162016-03-11 13:10:07

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그렇습니다. 그러나 전기 에너지를 물로 전송할 때의 효율성은 손실 인 경우입니다.이것은 히터로가는 전선에서 열이 손실되고 저항의 온도가 올라감에 따라 저항도 증가합니다. 11 mar. 162016-03-11 15:14:29

+2

1 : 전기 에너지가 물에 전달되지 않고 저항기의 열만 있습니다.2 : 저항이 증가해도 효율은 변하지 않습니다.고정 전압 소스의 경우 저항에 더 적은 전력이 공급됩니다.그러나이 모든 전력은 여전히 ​​100 % 효율로 열로 변환됩니다. 11 mar. 162016-03-11 15:19:07

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효율성은 측정하는 위치에 따라 다릅니다.가열 요소에 대한 입력에서 에너지를 측정하면 아마 100 % 또는 그와 매우 가깝습니다.콘센트에서 측정하고 4 또는 5 개의 연장 코드를 통해 히터에 전원을 공급하는 경우에는 더 적습니다. 11 mar. 162016-03-11 15:56:15

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에너지는 물로 옮겨지고, 전기 에너지는 저항기에서 열로 변환되고,이 열의 일부는 물로 옮겨지고 일부 열은 전선을 따라 전도됩니다.이 전선은 짧고 두껍기 때문에 손실이 적어야합니다. 11 mar. 162016-03-11 17:17:40

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OP는 어떤 종류의 용기에서이 가열이 일어날지를 말하지 않지만, 열 손실에 대한 나의 우려 (그리고 그에 상응하는 시스템 효율의 손실)는 외부 용기를 통한 대기로의 열 손실로 인한 것입니다. 11 mar. 162016-03-11 17:54:51

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선박은 플라스틱 수도관입니다. 필요한 경우 보온 할 수는 있지만 효율은 실제로 시험의 목적이 아닙니다.관리 가능한 유속에서 겸손한 전력량으로 수온이 30도 상승하면됩니다. 11 mar. 162016-03-11 22:10:36

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체적 유량을 밀도에 곱하여 질량 유량으로 변환하면됩니다.이것은 물에 쉽다 :

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

이제 특정 열과 온도 상승으로 인해 필요한 전력을 얻을 수 있습니다.


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

여기서 $P$ 는 와트 ( $Joules/sec$ )로 필요한 전력입니다.

$dot m$ 은 질량 유량 ( $kg/sec$ )입니다. ( $dot m = Flow_{Vol}\cdot \rho$ 를 사용하여 질량 유량으로 주어진 체적 유량을 변환해야합니다 . $\ρ는 유체의 밀도입니다)

$ C_p $는 유체의 비열 ($ \frac {Joules} {kg \ cdot K} $)입니다.

그리고$ \Delta T $는$ K $의 온도차입니다.

이것은 흐르는 물을 데우는 데 필요한 힘을 줄 것입니다.물론 에너지의 양은 물이 얼마나 오랫동안 흐르는 지에 달려 있습니다.


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  • 시간당 10 리터
  • 시간당 10kg
  • 시간당 10,000g
  • 분당 166.66 g
  • 초당 2.77 g

초당 30 ° C의 물 2.77 g의 온도를 올려야합니다.

  • 물 2.77g
  • 4.18 J/g 비열
  • 11.6 J 1도마다 1 초
  • 매 초마다 348 J 30도

80 %의 효율을 가정합니다.

  • 348 J/80 % = 435 J

당신은 435 J/s가 필요합니다.

초당 줄 수와트

  • 435W
+4

필요한 30C 온도 상승을 잊어 버렸습니다. 11 mar. 162016-03-11 15:31:40

+1

좋아, 그래서 14.51 W는 기온을 1도 올리는 데 필요한 힘입니까?섭씨 30도 상승하려면 435.3 와트가 필요합니까?그게 더 합리적으로 들린다. 11 mar. 162016-03-11 17:13:38

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실제로 350W와 비슷합니다.올린 (Olin)이 말했듯이, 환경에 대한 열의 20 %를 잃는 것은 극히 드문 경우입니다. 11 mar. 162016-03-11 17:17:58

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5 %, 366 와트의 손실을 가정합니다.내 테스트에서, 나는 144 와트 (12A @ 12A의 DC 12V)를 쏟았으며 20 도의 증가가 있었는데, 이는 요구되는 전력의 절반 이하로 보입니다.손실을 무시하면 20도 상승은 11.6 * 20 = 232 와트가 필요합니다.나는 단지 12.4 도의 상승을 보았어야만했다 ... 11 mar. 162016-03-11 17:27:54

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정확한 유량계가 없기 때문에 아마도 측정 오류가 합쳐 졌을 것입니다. 따라서 유량이 감소하면 더 적은 전력으로 더 많은 물을 얻을 수 있습니다. 온도 게이지를 신뢰합니다. 디지털 열전대이며 PSU 디스플레이를 신뢰합니다. 전류와 전압을 측정했지만 유량 측정은 물 100ml를 얻는데 얼마나 걸렸는 지 ... 11 mar. 162016-03-11 17:32:09

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@DaveTweed 와우, 고마워.결정된. 12 mar. 162016-03-12 00:20:28

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보다 정확한 유속 (더 일정한)으로 재시도되고 그 결과는 정확하게 수학과 일치합니다. 14 mar. 162016-03-14 09:28:31