加热器功率计算？

hero2006

" f" c/ N% w& w) Y& K" J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）

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
环境温度是多少度？

3 ?; x5 }( p, y) ?环境温度是-20度。

hero2006

tbxy108808 发表于 2013-3-19 12:41 static/image/common/back.gif
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

* E8 A3 v" m! m0 O" w% T还得提供机油的具体牌号。
两个公式联立：
/ m3 ?/ r1 _2 z

1）Q=C（m油箱+m机油）△t   
0 i: `1 C1 `( [" A& s! d2）PT=Q
注：Q-----焦耳 ， C------比热容， △t -----温差，P-----功率，T-----时间。

建议：
  V0 }! x5 q* S# f1）给邮箱穿上一层厚厚的“棉衣”，以减缓热量快速丢失；
% y( f# l& S# g* H! N1 z+ a2）加装油温控制器；
3）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：
# Z# _/ o2 f/ C7 [+ z$ D& @( r1）Q=C（m油箱+m机油）△t   

8 w# n5 C) j2 S% x
" S4 H3 O% v% {, A& q4 f油的比重：850kg/m3
# L7 i) U6 q2 w7 A2 i油的比热：0.4kcal/kg℃
0 l9 ?- h5 h9 d# o钢的比热：0.12kcal/kg℃
温度传感器已装。
网上有加20%的计算式。
, X, M0 s5 u$ R' S+ F$ R8 C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：
  d7 ^  Z! |7 T箱体表面温度损失（在0℃时）1200W/m2?????
' w) V8 S8 U* K, T" w加热所需要的功率：
% @4 L+ @9 s( V齿轮箱内油的加热：C1M1△T = 0.4×（1000×0.85）×20=6800kcal
5 w5 r/ w6 R0 q5 _6 O4 u5 n箱体自身的加热：C2M2△T = 0.12×5000×20 = 12000 kcal
1 V" `, |8 V) V5 [( O平均箱体表面热损失：10m2 × 1200W/m2 × 2h × 1/2 × 864/1000 = 10368kcal????
考虑20%的富裕量:加热需要的能量为：（6800 + 12000 + 10368）×1.2 = 35001.6 kcal/kg℃
工作时需要的功率：35001.6 ÷ 864÷ 2 = 20.3 kw
) ~, g; Z9 {% H( x) ~' n( _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
' {( \" Y( O( P& B$ q3 t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。

; X1 W3 z9 b0 K6 E- V& H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。
. q2 o" S1 A2 |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
* d0 m9 \2 [' J! Y油的比重：850kg/m3
, R. N7 c  a0 B! l5 g油的比热：0.4kcal/kg℃
( z$ a4 \; m1 K% z. Y钢的比热：0.12kcal/kg℃

需专家核对一下比较妥。

hero2006

- K) z8 {1 F0 M

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。

4 @. r" k" N; B2 ^2 S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 _- Z# `8 |: c0 S7 x1 d, j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
1 B; W  n( f. G需专家核对一下比较妥。

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

4 j" r) p, D0 Z

hero2006 发表于 2013-3-19 14:00 http://www.3dportal.cn/discuz/static/image/common/back.gif
/ o) a" @; d. B5 T8 b3 _油的比重：850kg/m3
1 [5 l) ]. Y# R' Q% u油的比热：0.4kcal/kg℃
2 P& X5 e& f# q9 q; D: e钢的比热：0.12kcal/kg℃

加热油需热量：Q1＝6800kcal＝28424 kJ
+ h& w: y- _9 l3 Z8 ]+ l3 A  [加热箱体需热量：Q2＝12000 kcal=50160 kJ
$ u6 L+ b# J2 n$ ~9 Y总需热量：Q＝Q1+Q2＝78584 kJ
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。
) P; s' _# \: @8 [* I3 B/ @8 b需总热功率为：10.9kW×1.2=13.08 kW     选15kW 的电热器足够了。
% v" T- q( g# H; Q6 b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。
! P* [/ K; Y% f/ |1 Y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。

+ |. M+ j# y5 ^' X7 w( ^. U) c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
) r1 a7 G" h1 ?8 B( T1 q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 ...

, A1 n+ S6 x; W+ E  }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
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 ...

4 i. g( i: i/ T% s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。
3 t' f$ {3 E% h- C' ]; z4 v6 N: s2.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。
1 Q$ g* Z1 n" S" u谢谢 ...

8 z3 }) u. S- C- E1 ^8 @* r" Z20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。