Энергия, необходимая для повышения температуры воды, протекающей через нагреватель


7

Я пытаюсь выяснить, сколько энергии (в идеале электрического отопления). Мне нужно поставить в нагреватель, чтобы поднять температуру воды, скажем, от 10 градусов до 40 градусов C , если вода течет до 10 литров в час.

Предположим, что нагреватель эффективен на 80%.

Я знаю, что удельная теплоемкость воды составляет 4,18 Дж/г градусов C, но как я могу работать в расходе?

+4

Электрические нагреватели в основном 100% эффективность. Некоторая часть тепла всей системы может быть потеряна для окружающей среды, но вся электрическая мощность, поступающая в резистор, будет преобразована в тепло. 11 мар. 162016-03-11 13:10:07

  0

Да, согласен, но эффективность передачи этой электрической энергии в воду - это те потери. Это будет нагреваться в проводах, идущих на нагреватель, и по мере повышения температуры резистора сопротивление будет увеличиваться. 11 мар. 162016-03-11 15:14:29

+2

1: Электрическая энергия не переносится в воду, только тепло от резистора. 2: Повышение сопротивления не изменяет эффективность. Для источника фиксированного напряжения в резисторе будет меньше энергии. Тем не менее, вся эта мощность по-прежнему преобразуется в тепло с практически 100% -ной эффективностью. 11 мар. 162016-03-11 15:19:07

  0

Эффективность зависит от того, где вы измеряете. Если вы измеряете энергию на входе в нагревательные элементы, это, вероятно, на 100% или очень близко к ней. Если вы измеряете в розетке и включаете нагреватель через 4 или 5 удлинительных шнура, это будет меньше. 11 мар. 162016-03-11 15:56:15

  0

Энергия переносится в воду, электрическая энергия преобразуется в тепло в резисторе, и часть этого тепла переносится в воду, некоторое количество тепла также проводится вдоль проводов. эти провода короткие и толстые, поэтому любые потери там должны быть небольшими. 11 мар. 162016-03-11 17:17:40

  0

ОП не говорит, в каком сосуде это отопление будет иметь место, но моя озабоченность по поводу потери тепла (и соответствующей потери эффективности системы) будет вызвана потерей тепла через внешний сосуд в атмосферу. 11 мар. 162016-03-11 17:54:51

  0

Судно представляет собой пластиковую водопроводную трубу, которую я мог бы изолировать, если это необходимо, но эффективность не является целью испытания. Мне просто нужно получить повышение температуры воды на 30 градусов с небольшим количеством электроэнергии при управляемом расходе. 11 мар. 162016-03-11 22:10:36

9

Вам просто нужно преобразовать объемный расход в массовый расход, умножив его плотность. Это легко для воды:

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

Теперь вы можете умножить на удельную температуру и повышение температуры чтобы получить требуемую мощность.


4

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

Where $P$ is the power required in Watts ( $джоулей/сек$ )

$точка м$ 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 $Rho$ is the density of the fluid)

$C_p$ is the specific heat of the fluid ( $гидроразрыва{джоулей}{кг CDOT K}$ )

and $Delta T$ is the temperature difference in $K$

Это даст вам мощность, необходимую для нагрева воды, когда она течет. Количество энергии будет, конечно, зависеть от того, как долго течет вода.


3
  • 10 литров в час
  • 10 кг в час
  • 10000 г в час
  • 166,66 г в минуту
  • 2,77 г на второй

Каждый второй, вам нужно поднимите температуру 2,77 г воды на 30 ° C.

  • 2,77 г воды
  • 4,18 Дж/г удельная теплоемкость
  • 11,6 Дж каждую секунду в течение 1 степени
  • 348 Дж каждую секунду в течение 30 градусов

Предполагая, 80% эффективность.

  • 348 Дж/80% = 435 Дж

Вам нужно 435 Дж/с.

джоулей в секунду является Ватт

  • 435 Вт
+4

Вы забыли о повышении температуры на 30 градусов. 11 мар. 162016-03-11 15:31:40

+1

Хорошо, так что 14.51 Вт - это мощность, требуемая для повышения на 1 градус C? Чтобы получить повышение на 30 градусов C, мне понадобится 435,3 Вт? Это звучит разумнее. 11 мар. 162016-03-11 17:13:38

  0

Собственно, больше как 350 Вт. Как сказал Олин, потеря 20% тепла в окружающую среду будет чрезвычайно необычной ситуацией. 11 мар. 162016-03-11 17:17:58

  0

ОК, поэтому при допущении потери 5%, 366 Вт. В моем тесте я поставил 144 ватта (DC 12v @ 12A) и получил увеличение на 20 градусов, что, кажется, немного ниже половины требуемой мощности? Игнорируя потери, требуется увеличение на 20 градусов 11,6 * 20 = 232 Вт. Я должен был видеть только повышение на 12,4 градуса ... 11 мар. 162016-03-11 17:27:54

  0

Это, вероятно, просто комбинированные ошибки измерения, так как у меня нет точного расходомера, поэтому падение потока даст мне более горячую воду для уменьшения мощности. temp gauge, это цифровая термопара, и я доверяю индикатору тока и напряжения в блоке питания, но измерение расхода было именно тем, сколько времени потребовалось, чтобы получить 100 мл воды ... 11 мар. 162016-03-11 17:32:09

  0

@DaveTweed Whoa, спасибо за это. Исправлена. 12 мар. 162016-03-12 00:20:28

  0

Проверено с более точным расходом (более постоянным), и результат точно соответствует математике. 14 мар. 162016-03-14 09:28:31