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[已解决] 加热器功率计算？

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hero2006
发表于 2013-3-19 09:35:42 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自： 中国江苏苏州

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本帖最后由 hero2006 于 2013-3-19 10:45 编辑 ; R: x& X3 k+ h+ y
; c- p& M6 V+ E! p
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）' z0 _  J/ p9 O& f
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foxfoxme
发表于 2013-3-19 12:39:33 | 显示全部楼层 来自： 中国广东深圳
环境温度是多少度？

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tbxy108808
发表于 2013-3-19 12:41:09 | 显示全部楼层 来自： 德国
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,

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hero2006
 楼主| 发表于 2013-3-19 12:44:23 | 显示全部楼层 来自： 中国江苏苏州
foxfoxme 发表于 2013-3-19 12:39 static/image/common/back.gif
$ O" I9 K& F1 X& W; e  U环境温度是多少度？

6 n7 G6 E1 W7 d! ?4 w环境温度是-20度。
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hero2006
 楼主| 发表于 2013-3-19 12:56:36 | 显示全部楼层 来自： 中国江苏苏州
tbxy108808 发表于 2013-3-19 12:41 static/image/common/back.gif
% n; T4 p2 P: `5 e; ?! b9 m4 f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 ...

" r2 d1 g4 E0 F* O- x* W# T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。
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洪哥
发表于 2013-3-19 13:05:29 | 显示全部楼层 来自： 中国湖北武汉
本帖最后由 洪哥 于 2013-3-19 13:45 编辑
% c, d( z3 X) w  W# y- ]$ D1 i- S) S- A3 r9 P0 i9 e) P$ X
还得提供机油的具体牌号。5 _1 n0 E$ L7 l( D6 _' E
两个公式联立：7 a0 R7 p. d6 b4 b
1）Q=C（m油箱+m机油）△t    1 c$ @; y% v4 }
2）PT=Q
* w# U* E8 P- M8 @, y& a) k, U注：Q-----焦耳 ， C------比热容， △t -----温差，P-----功率，T-----时间。
6 |* u& g5 u0 @! h1 h5 N, p
建议：$ o# ^  r4 K9 t- n* [+ f& c: R; @
1）给邮箱穿上一层厚厚的“棉衣”，以减缓热量快速丢失；
; w! @1 y9 }' d2 R+ I2）加装油温控制器；
2 {: [. f# G8 v5 ]) Q: R3）使用功率P要比计算功率+50%。

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八根
发表于 2013-3-19 13:20:39 | 显示全部楼层 来自： 中国广东广州
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。

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洪哥 + 3 有计算式吗？

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洪哥
发表于 2013-3-19 13:48:29 | 显示全部楼层 来自： 中国湖北武汉
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。

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hero2006
 楼主| 发表于 2013-3-19 14:00:03 | 显示全部楼层 来自： 中国江苏苏州
洪哥 发表于 2013-3-19 13:05 http://www.3dportal.cn/discuz/static/image/common/back.gif7 r- C- z( \% R. ~
还得提供机油的具体牌号。
1 l4 K( t4 _  @; L# j; F. M两个公式联立：- ~) r- n" `3 y( W
1）Q=C（m油箱+m机油）△t   
5 ?7 s" G$ F9 \: m) d. X
: G$ m* d1 `: Q  L" l
油的比重：850kg/m36 P' w* H; V" f
油的比热：0.4kcal/kg℃
3 a- ]( N/ X) W, C6 L钢的比热：0.12kcal/kg℃" v9 m$ B6 G6 s( V$ m
温度传感器已装。
: r; w1 `2 U: A' }* H网上有加20%的计算式。
& X% b6 X# _( L9 L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。8 s5 \& D* w0 Q* [" O' f
国为粗算加热功率太大，有点心虚。计算如下：4 k9 {2 a  |* Q
箱体表面温度损失（在0℃时）1200W/m2?????( l. r- d6 ]2 P1 M2 o* Q7 u1 _
加热所需要的功率：
2 w3 o9 e# A/ }* y8 ^0 _齿轮箱内油的加热：C1M1△T = 0.4×（1000×0.85）×20=6800kcal
3 R7 p: a, s7 {% J4 Z! M: D' l' X箱体自身的加热：C2M2△T = 0.12×5000×20 = 12000 kcal( A7 u4 T- ^1 ]  }7 |+ [2 F. J, `
平均箱体表面热损失：10m2 × 1200W/m2 × 2h × 1/2 × 864/1000 = 10368kcal????
8 X  c: i  R% y, l考虑20%的富裕量:加热需要的能量为：（6800 + 12000 + 10368）×1.2 = 35001.6 kcal/kg℃
; R- [6 A% a' _- c" {工作时需要的功率：35001.6 ÷ 864÷ 2 = 20.3 kw! ]5 W* k/ ^: |1 S2 m+ G& }
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。
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hero2006
 楼主| 发表于 2013-3-19 14:04:41 | 显示全部楼层 来自： 中国江苏苏州
洪哥 发表于 2013-3-19 13:48 static/image/common/back.gif& J, J) G5 E# ~# J% w7 ?
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。

, ?- a; T% v4 G+ \$ W9 n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。
" G5 T8 G( q  @& D  W+ T就如同柴油有-10号柴油一样。
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洪哥
发表于 2013-3-19 14:05:53 | 显示全部楼层 来自： 中国湖北武汉
hero2006 发表于 2013-3-19 14:00 static/image/common/back.gif
! H, b* g: M! I9 M* G油的比重：850kg/m3
+ U- ]5 o" `; \& G* a油的比热：0.4kcal/kg℃' K7 C- e$ [; l( o0 h  ?* l2 O% J
钢的比热：0.12kcal/kg℃

- B) d" i$ L. k需专家核对一下比较妥。
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hero2006
 楼主| 发表于 2013-3-19 14:06:17 | 显示全部楼层 来自： 中国江苏苏州
本帖最后由 hero2006 于 2013-3-19 14:07 编辑 # H4 \- j- j/ x; [* [
八根 发表于 2013-3-19 13:20 static/image/common/back.gif
* z* V! ~$ I# D* h$ ?# A. J* M( _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。
3 v0 v4 M. o# A# }0 e
( ^. X- q7 J( y) u1 [
油箱里的油不与外面的进行互动，只在油箱里起润滑作用。
9 v( y- h. X% F; I. G) [+ {) n按你的算法，那就需要33.3KW了？
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hero2006
 楼主| 发表于 2013-3-19 14:08:22 | 显示全部楼层 来自： 中国江苏苏州
洪哥 发表于 2013-3-19 14:05 static/image/common/back.gif; O5 v  y* H! D% K
需专家核对一下比较妥。
: G3 @$ u; w% k; G& @1 h% y
有问号的地方，我不确定。
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洪哥
发表于 2013-3-19 14:18:14 | 显示全部楼层 来自： 中国湖北武汉
嗯，关键是单位换算要正确、统一。
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gaoyns
发表于 2013-3-19 17:50:45 | 显示全部楼层 来自： 中国山西太原
本帖最后由 gaoyns 于 2013-3-20 09:08 编辑 & O, ^. E0 y& j! R: U* P- }
hero2006 发表于 2013-3-19 14:00 http://www.3dportal.cn/discuz/static/image/common/back.gif
) l+ C0 d2 V5 [# o; K# Q/ V( f油的比重：850kg/m3& G  d; R- J( ~# q
油的比热：0.4kcal/kg℃. H( R5 z" ?  f$ |
钢的比热：0.12kcal/kg℃
( Y7 Z' k1 s) r* v1 [. Y

1 W( p2 L+ O! W+ r0 [9 P加热油需热量：Q1＝6800kcal＝28424 kJ
' ]- O2 Z: B3 B加热箱体需热量：Q2＝12000 kcal=50160 kJ
& |  u; u: h# V总需热量：Q＝Q1+Q2＝78584 kJ9 @* b2 j" N) ?2 _8 K* ~" O
若加热用2h（7200s），则需热功率为：P＝Q/t=78584 kJ / 7200s=10.9 kJ/s=10.9kW, ?: Q) F7 v9 D& _* R1 l; o  k8 q0 W
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。
5 ~9 i$ h' l' k6 R% a! Q/ J需总热功率为：10.9kW×1.2=13.08 kW     选15kW 的电热器足够了。! U, \0 ~) P; H7 X8 I* M
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。1 F0 r4 T1 ]/ I5 `$ R
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。
& P. I' x  X1 T6 A, }0 \
$ u# o- Z+ X1 ?6 M+ K: B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。

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chans
发表于 2013-3-20 10:10:58 | 显示全部楼层 来自： 中国广东深圳
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.

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chans
发表于 2013-3-20 10:11:49 | 显示全部楼层 来自： 中国广东深圳
外箱温度每升一度，与外界（-20摄氏度）的热交换都不一样。

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hero2006
 楼主| 发表于 2013-3-20 10:59:49 | 显示全部楼层 来自： 中国江苏苏州
chans 发表于 2013-3-20 10:10 static/image/common/back.gif/ ^, k: k% t( X- y
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 ...
! E) m- L8 b+ D& w0 y' ~
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。
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gaoyns
发表于 2013-3-20 12:02:03 | 显示全部楼层 来自： 中国山西太原
chans 发表于 2013-3-20 10:10 static/image/common/back.gif
+ }* A* s7 V) D: x8 S4 X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 ...

' U3 b1 a6 m9 k: o3 i. O: P9 H% A. @: x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。

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ffddjj
发表于 2013-3-20 13:07:46 | 显示全部楼层 来自： 中国浙江杭州
需要考虑几个细节问题
- ?! p% O- x) V$ s3 G1.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。# i$ J$ F' b& A& [5 l7 [5 [
2.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。

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hero2006
 楼主| 发表于 2013-3-21 09:58:39 | 显示全部楼层 来自： 中国江苏苏州
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。
4 S. |) N) u6 P& s' y  J谢谢楼上诸位的帮助。

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洪哥 + 3 有始有终

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洪哥
发表于 2013-3-21 10:14:45 | 显示全部楼层 来自： 中国湖北武汉
hero2006 发表于 2013-3-21 09:58 static/image/common/back.gif
8 S, Y' _5 ^, y) ]/ C5 o2 g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。
+ A% |: S/ Z$ B/ W  u2 K谢谢 ...

* @7 a, K. x. @20楼朋友提到“油液需强制流动”的建议很好。
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ffddjj
发表于 2013-3-21 13:35:14 | 显示全部楼层 来自： 中国浙江杭州
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。

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