加热器功率计算？

hero2006

有一钢制箱体，外表面面积10平方米，内装1000L机油，箱体及内容物（钢）为5吨，求从-20度加热到0度（温升20度）需配多大功率的加热器？（加热时间小于2小时）
' r( y; X9 F( G8 t& i6 ^

foxfoxme

环境温度是多少度？

tbxy108808

这个你可以通过材料的比热容算出需要的总功率,但是环境对它影响太大,要是宽大和通风下,可能和理论值相差太远,

hero2006

foxfoxme 发表于 2013-3-19 12:39 static/image/common/back.gif
. S2 A  c$ K' Q' V环境温度是多少度？

) U; Z8 h$ `+ U. d& L3 q环境温度是-20度。

hero2006

tbxy108808 发表于 2013-3-19 12:41 static/image/common/back.gif
5 `% _* E$ H# ]+ G/ O+ D这个你可以通过材料的比热容算出需要的总功率,但是环境对它影响太大,要是宽大和通风下,可能和理论值相差太远 ...

是在郊区宽大的不是全封闭的车間中，大门无法关上，冬天的风（黑龙江北部地区）那是相当的大，所以这个箱体与外面的热交换值不好确定。想请有经验的帮忙提供一些参考，比如风速10m/s应该是个什么值，或者有个参考计算方法。

洪哥

8 t. u) R" c7 Z# w* v) Z还得提供机油的具体牌号。
, G) t+ I6 ~9 |两个公式联立：

1）Q=C（m油箱+m机油）△t   
2）PT=Q
* r# i5 D% ^( ?& B- n; P注：Q-----焦耳 ， C------比热容， △t -----温差，P-----功率，T-----时间。

建议：
1）给邮箱穿上一层厚厚的“棉衣”，以减缓热量快速丢失；
' r# L" `9 M' R, P. k2）加装油温控制器；
0 m: @  V, Y( \6 k& L  _6 w3）使用功率P要比计算功率+50%。

八根

你是要整体加热吗？还是看排量啦，看排量就好算点吧，一般30L左右的，3kW应该够吧。

洪哥

油温估计最少要加热到+10°才行。所以油温的变化应该取30°较为合适。

hero2006

洪哥 发表于 2013-3-19 13:05 http://www.3dportal.cn/discuz/static/image/common/back.gif
还得提供机油的具体牌号。
两个公式联立：
1）Q=C（m油箱+m机油）△t   

' `' m% p5 C' P! d6 U0 q
油的比重：850kg/m3
6 k+ _9 ~4 V; ^/ }2 t1 A: z油的比热：0.4kcal/kg℃
钢的比热：0.12kcal/kg℃
温度传感器已装。
8 K6 t+ K0 L* S" f6 N7 r网上有加20%的计算式。
加装保温层有考虑，但实现比较麻烦，因为是焊接箱体，不太规则。
国为粗算加热功率太大，有点心虚。计算如下：
箱体表面温度损失（在0℃时）1200W/m2?????
( p+ k  T. Q* ?" ~加热所需要的功率：
齿轮箱内油的加热：C1M1△T = 0.4×（1000×0.85）×20=6800kcal
箱体自身的加热：C2M2△T = 0.12×5000×20 = 12000 kcal
平均箱体表面热损失：10m2 × 1200W/m2 × 2h × 1/2 × 864/1000 = 10368kcal????
1 q( j4 G/ t: M* T$ M考虑20%的富裕量:加热需要的能量为：（6800 + 12000 + 10368）×1.2 = 35001.6 kcal/kg℃
; `& J" G9 B5 _. B2 m3 `8 ~2 D9 w工作时需要的功率：35001.6 ÷ 864÷ 2 = 20.3 kw
加热器选择的功率至少要20.3kw。最终选取的加热器功率为25kw。

hero2006

洪哥 发表于 2013-3-19 13:48 static/image/common/back.gif
/ ^3 ~4 n: t9 d% O' R- P! B2 l油温估计最少要加热到+10°才行。所以油温的变化应该取30°较为合适。

  \) N' S; H7 }9 l! j) G" X, p9 n3 Z油已经考虑采用低温型油，不会冻起来，所以0度就可以运行了。油的倾低是-25度。
就如同柴油有-10号柴油一样。

洪哥

hero2006 发表于 2013-3-19 14:00 static/image/common/back.gif
油的比重：850kg/m3
  ]9 r( ~# O* E$ }# ]6 R& Q油的比热：0.4kcal/kg℃
钢的比热：0.12kcal/kg℃

" U: E4 `5 ?# v+ _需专家核对一下比较妥。

hero2006

& f1 z' J: l, }8 k! H, W

八根 发表于 2013-3-19 13:20 static/image/common/back.gif
你是要整体加热吗？还是看排量啦，看排量就好算点吧，一般30L左右的，3kW应该够吧。

油箱里的油不与外面的进行互动，只在油箱里起润滑作用。
按你的算法，那就需要33.3KW了？

hero2006

洪哥 发表于 2013-3-19 14:05 static/image/common/back.gif
" a# a  @4 u% f3 r需专家核对一下比较妥。

# j, v  Y! r9 g! e有问号的地方，我不确定。

洪哥

嗯，关键是单位换算要正确、统一。

gaoyns

hero2006 发表于 2013-3-19 14:00 http://www.3dportal.cn/discuz/static/image/common/back.gif
( g% q/ q4 N( U! s! k油的比重：850kg/m3
油的比热：0.4kcal/kg℃
钢的比热：0.12kcal/kg℃

( M4 r2 Y+ X; z5 k
加热油需热量：Q1＝6800kcal＝28424 kJ
加热箱体需热量：Q2＝12000 kcal=50160 kJ
) T" [$ o; N/ ^7 @5 C  v* S( h总需热量：Q＝Q1+Q2＝78584 kJ
" b$ t' _4 b9 M/ [+ J4 `/ t若加热用2h（7200s），则需热功率为：P＝Q/t=78584 kJ / 7200s=10.9 kJ/s=10.9kW
关于热量损失，一般室内按5%计，室外按20%已属于高限，且按20%计。
( H/ ?7 S1 c- c6 a: p' R2 E2 l7 C需总热功率为：10.9kW×1.2=13.08 kW     选15kW 的电热器足够了。
! J0 q- }# N; B0 Q! N! P; b- ~9 [箱体外表一定要保温，敷矿棉板比较易行，热损失可降至5%以下。
3 W# {% B8 `' \+ x, d9 @油加热至0℃后，只需保温就行了，此时的运行功率只需维持热量损失就可以了，所以还需一套温控装置。

另外，计算箱体表面热损失：10m^2 × 1200W/m^2 =12kW，比加热功率还大，显然有误。

chans

大家忽略了一个问题： 钢制外箱的散热情况，这个要看这个钢制外箱表面处理情况和风速，风向，如果与外界没有热交换，很好算，但是有与空气的热交换，不容易算，算也只是一个估计值，最好进行热模拟，测下风速，外箱的表面什么处理，模拟下，比较腻给25Kw的热，可以知道在两个小时内温度会升到多高.

chans

外箱温度每升一度，与外界（-20摄氏度）的热交换都不一样。

hero2006

chans 发表于 2013-3-20 10:10 static/image/common/back.gif
大家忽略了一个问题： 钢制外箱的散热情况，这个要看这个钢制外箱表面处理情况和风速，风向，如果与外界没有 ...

, t: P9 v  Q( |: Q第一次做低温环境下的产品，箱体与外界的热交换肯定存在，这个值通过试验当然最好，但没有这个条件呀，要花很大的成本的。

gaoyns

chans 发表于 2013-3-20 10:10 static/image/common/back.gif
/ n  n$ G5 _- m+ A" ~大家忽略了一个问题： 钢制外箱的散热情况，这个要看这个钢制外箱表面处理情况和风速，风向，如果与外界没有 ...

这个问题并没有忽略，钢箱表面的散热就归到热量损失中，由于这种计算有很多未知因素如传热系数，因此不易准确计算，但估算值还是能查到的，在化工原理的传热篇章中就有，室内的热量损失按总传热量的5%计，室外按10%至20%计。这里环境气温低、风速大，就按大限20%计。但有一点是可以肯定的，加热量不可能100%的散掉，因壁温存在传热温度差。

ffddjj

需要考虑几个细节问题
1.加热方式，主要是箱体加热，油中加热和箱外加热，这几种方式效率相差巨大，楼主的状况应该是油中加热了，故加热效率可以不考虑。
8 P. s( x2 [) U, D: d  h- Q0 Y2.应考虑加热器的面积和安装位置，油的导热系数及油是否强制流动，如果加热器的面积过小，则必须考虑强制流动了。

hero2006

决定按高老的建议进行设计，并在说明书中提及保温的问题，最终看用户的反馈情况来改进下一次的设计。
谢谢楼上诸位的帮助。

洪哥

hero2006 发表于 2013-3-21 09:58 static/image/common/back.gif
决定按高老的建议进行设计，并在说明书中提及保温的问题，最终看用户的反馈情况来改进下一次的设计。
谢谢 ...

20楼朋友提到“油液需强制流动”的建议很好。

ffddjj

补充一点，这里还要看油的类型和用途，对于润滑油并长期使用的，那加热器的最高温度最好不要超过油的闪点，否则会引起油品变质（即使强制对流也只能减轻而已），如果油的闪点较低加热器的面积就需要很大，这个还需斟酌一番的。