Как найти удельную тепловую мощность

Закон
Джоуля – Ленца в интегральной форме:

при
прохождении электрического тока через
неподвижный проводник, в котором
отсутствуют силы превращения, выделяется
количество теплоты, равное:

Удельная
тепловая мощность тока

– величина, характеризующая мощность
теплоты, выделяющейся в точке проводника
при прохождении электрического тока,
равная:

Закон
Джоуля – Ленца в дифференциальной
форме:

удельная
тепловая мощность тока

в точке cрадиус-вектором

проводника
прямо пропорциональна квадрату плотности
тока
в
данной точке:

Этот
закон, учитывая предыдущие уравнения,
можно записать в виде:

23.Магнитостатическое
поле в вакууме. Опыт Эрстеда.Электрическая
и магнитная составляющая силы
взаимодействия двух движущихся зарядов.
Вектор магнитной индукции

.
Магнитное поле равномерно движущегося
заряда. Силовые линии магнитного поля.

Опыт
Эрстеда:

в
нем впервые было замечено действие
проводника с током на магнитную стрелку
компаса, что указывало на связь между
электрическими и магнитными явлениями.
Согласно современным представлениям
ориентирующее действие на магнитную
стрелку оказывает магнитное поле,
возникающее в пространстве вокруг
проводника с током. Т.е. движущийся
электрический заряд создает не только
электрическое, но и магнитное поле.

Магнитное
поле оказывает силовое действие на
движущийся электрический заряд. Основной
силовой характеристикой магнитного
поля в данной точке является вектор
магнитной индукции

.

Магнитная
постоянная

(выражается через приравнивание силы
Кулона силе преобразованной по Лоренцу).

Напряженность
электростатического поля точечного
заряда в точке:

Магнитная
составляющая:

Модуль
магнитной индукции:

Линия,
касательная к которой в каждой точке
содержит вектор
,
называется силовой
линией магнитного поля.
Силовые линии любого магнитного поля
замкнуты.

Магнитостатика
– раздел электромагнетизма, изучающий
магнитные поля, создаваемые постоянным
магнитом.

24.Принцип суперпозиции магнитных полей. Линейный ток. Закон Био–Савара–Лапласа.

Принцип
суперпозиции магнитных полей:

вектор
магнитной индукции в данной точке
магнитного поля, созданного несколькими
источниками, равен векторной сумме
магнитных полей, создаваемых каждым
источником по отдельности в этой точке.
Для дискретного распределения множества
источников:

Линейным
называется ток, идущий по проводнику
пренебрежимо малого поперечного сечения.

Закон
Био-Савара-Лапласа,
определяющий вектор индукции магнитного
поля, создаваемого элементом линейного
тока в вакууме, в некоторой точке
относительно этого элемента:

25. Магнитный поток. Теорема Гаусса для поля вектора в дифференциальной и интегральной форме, их содержательный смысл.

Теорема
Гаусса для поля вектора
в
дифференциальной форме:

Содержательный
смысл:

точечных
источников поля магнитного поля не
существует, т.е. в природе отсутствуют
точечные магнитные заряды.

Магнитным
потоком или потоком


вектора магнитной индукции через
произвольную ориентированную поверхность
называется число:

=
1

По
теореме Островского-Гаусса:

С
учетом предыдущих формул:

Поток
вектора индукции МП через любую замкнутую
поверхность равен 0.

Физический
смысл:
силовые линии любого МП замкнуты.

26.
Теорема о циркуляции магнитостатического
поля вектора

в вакууме в дифференциальной и интегральной
форме, их содержательный смысл. Правило
знаков токов, охватываемых замкнутым
ориентированным контуром. Магнитное
поле длинного соленоида.

Теорема
о циркуляции вектора индукции

магнитостатического поля в вакууме (в
интегральном виде):

Циркуляция
вектора магнитной индукции
магнитостатического поля в вакууме по
любому замкнутому контуру равна
алгебраической сумме токов, охватываемых
этим контуром, умноженным на магнитную
постоянную 𝜇₀:

Правило
знаков:

если
направление тока и направление обхода
по контуру образует правовинтовую
систему, то 𝐼>
0.
В противном случае 𝐼<0.

Теорема
о циркуляции вектора индукции

магнитостатического поля в вакууме (в
дифференциальной форме):

Ротор
индукции в некоторой точке магнитостатического
поля в вакууме
равен вектору плотности тока

в данной точке, умноженный на магнитную
постоянную:

Содержательный
смысл:

любое
магнитостатическое поле является
вихревым и порождается потоками, т.е.
движущимися электрическими зарядами.

Соленоид
– свернутый в спираль изолированный
проводник с током. Силовые линии внутри
соленоида расположены вдоль его
продольной оси, а их направление
составляет с направлением тока в витках
правовинтовой системы.

Бесконечно
длинным
называется соленоид, если его длина в
много больше диаметра витков, а толщина
провода и шаг спирали малы по сравнению
с радиусом.

Модуль
магнитной индукции поля внутри соленоида:

Направление

составляет правовинтовую
систему
с направлением тока в витках.

В формулах (VI.50) и (VI.5I): KF — водяной эквивалент поверхности нагрева или удельная тепловая мощность поверхности нагрева , Вт / К, ( Аг) шрт, ( КР) ирл и ( KF) общ соответственно водяные эквиваленты лротивоточной, прямоточной и общей поверхности нагрева, Вт / К. [17]

С), определяемая по графику в зависимости от радиуса зоны воздействия, удельной тепловой мощности и акустической интенсивности излучателя. [18]

Даны рекомендации по периодичности включения, по конструктивному исполнению нагревательного кабеля, по необходимой удельной тепловой мощности для ликвидации гидратных пробок и АСПО. [19]

КР) возвр и ( / С внешн — водяные эквиваленты поверхности нагрева или удельная тепловая мощность возвратного и внешнего потоков. [20]

Эта формула выражает закон Джоул я — Л е н ц а в локальной форме: удельная тепловая мощность тока пропорциональна квадрату плотности электрического тока и удельному сопротивлению среды в данной точке. [21]

Вероятно, наиболее жесткое воздействие на тепловыделяющие элементы реакторов на быстрых нейтронах оказывают напряжения, вызванные их высокой удельной тепловой мощностью и быстрыми изменениями температуры, обусловленными высокой теплопроводностью натрия. [23]

При использовании горелок завершенного предварительного смешения, как показали опыты, проведенные на одном из стендовых реакторов МЭИ, удельная тепловая мощность реактора может быть доведена до 23 — 25 МВт / м3 без существенного удлинения зоны горения. Неизменность длины зоны горения при изменении тепловой нагрузки циклонного реактора была обнаружена и при диффузионном горении газа и распыленного жидкого топлива. Рабочий объем циклонных реакторов для огневого обезвреживания сточных вод обычно определяется скоростью процесса испарения сточной воды. [24]

Как показали опыты, проведенные на одном из стендовых реакторов МЭИ, при использовании горелок с полным предварительным смешением удельная тепловая мощность реактора может быть доведена до 23 — 25 МВт / м 1 без существенного удлинения зоны горения. [25]

Продолжительность обработки определяют по графикам в зависимости от принятого радиуса воздействия, типа коллектора и насыщающей его среды, удельной тепловой мощности и акустической интенсивности излучателя. [26]

Наряду с хорошей гибкостью и высокой прочностью плоская форма ленты обеспечивает увеличенную поверхность теплообмена с нагреваемым трубопроводом или аппаратом и большую удельную тепловую мощность по сравнению с нагревателями круглой формы. [27]

В жидких средах, в том числе и в воде, можно получить достаточно устойчивый дуговой разряд, который, образуя высокую температуру и имея большую удельную тепловую мощность , испаряет и разлагает окружающую жидкость. Газ состоит в основном из водорода, образующегося при термической диссоциации водяного пара, а образующийся при диссоциации кислород окисляет материал электродов. [28]

В жидких средах, в том числе и в воде, можно также под водой получить достаточно устойчивый дуговой разряд, который, образуя высокую температуру и имея большую удельную тепловую мощность , испаряет и разлагает окружающую жидкость. Газ состоит в основном из водорода, образующегося при термической диссоциации водяного пара, а образующийся при диссоциации кислород окисляет материал электродов — происходит резка. [29]

Источник: www.ngpedia.ru

Рассмотрим однородный проводник, к концам которого приложено напряжение U. За «время dt через сечение проводника переносится заряд dq=Idt. Так как ток представляет собой перемещение заряда dq под действием электрического поля, то, работа тока

Если сопротивление проводника R, то, используя законОма получим

Из уравнений следует, что мощность тока

Если ток проходит по неподвижному металлическому проводнику, то вся работа тока идет на его нагревание и, по закону сохранения энергии,

Таким образом, используя выражения 1 2 4 получим

Выражение представляет собойзакон Джоуля—Ленца, экспериментально уста­новленный независимо друг от друга Дж. Джоулем и Э. X. Ленцем.*

Выделим в проводнике элементарный цилиндрический объем dV=dSdl (ось цилин­дра совпадает с направлением тока), сопротивление которого По закону Джоуля — Ленца, за время dt в этом объеме выделится теплота

Количество теплоты, выделяющееся за единицу времени в единице объема, называется удельной тепловой мощностью тока. Она равна

Если же электрическая цепь замкнута, то выбранные точки 1 и 2 со­впадают, j₁=j₂, тогда получаем закон Ома для замкнутой цепи:

где — э.д.с., действующая в цепи, R — суммарное сопротивление всей цепи. В общем случае R=r+R₁, где r — внутреннее сопротивление источника тока, R₁—со­противление внешней цепи. Поэтому законОма для замкнутой цепи будет иметь вид

Дата добавления: 2015-04-19 , просмотров: 866 . Нарушение авторских прав

Источник: studopedia.info

Следовательно, из уравнения (5.28) следует, что тепловая мощность

выделяемая на участке цепи 1-2, равна алгебраической сумме мощностей кулоновских и сторонних сил. Если цепь замкнута, то затраченная мощность

N =I . (5.30)

Если электрическая цепь замкнута и содержит источника с ЭДС , то вся затраченная источником тока работа А_З = А_П + А_ВНУТ,

где А_З = It, А_П = IU_Rt, А_ВНУТ = IU_rt.

Тогда = U_R + U_r = IR+ Ir, (5.20)

где U_R — напряжение на внешнем сопротивлении, U_r — напряжение на внутреннем сопротивлении источника тока.

Мощность тока можно найти по формуле N = . (5.21)

Развиваемая источником тока затраченная мощность

где N_З= I, N_П = IU_R, N_ВНУТ = IU_r.

КПД источника тока можно найти по формуле

 = . (5.23)

Затраченная источником тока мощность

N_З = I=/(R+r), (5.24)

где I = /(R + r).

Полезная мощность, выделяемая во внешнем участке цепи

N_П = IU_R = I 2 R =.

Следовательно, затраченная и полезная мощности являются функциями от внешнего сопротивления. Если R 0, то N_П  0, R , то N_П  0. В этом случае функция N_П = f₂ (R) имеет один максимум. Найдем условие, при котором полезная мощность максимальна, т. е. N_П = N_П, _МАХ. Для этого производную приравняем нулю, т. е.= 0, т. е.(r 2 -R 2 ) = 0. ( 0, то R = r и  = 0,5). Вывод: Если R = r , то полезная мощность максимальна, а КПД источника тока равно 50%.

Калькулятор

Сервис бесплатной оценки стоимости работы

1. Заполните заявку. Специалисты рассчитают стоимость вашей работы
2. Расчет стоимости придет на почту и по СМС

Номер вашей заявки

Прямо сейчас на почту придет автоматическое письмо-подтверждение с информацией о заявке.

Источник: studfiles.net

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АДМИНИСТРАТИВНЫХ, ЛЕЧЕБНЫХ

И КУЛЬТУРНО-ПРОСВЕТИТЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ, ДЕТСКИХ УЧРЕЖДЕНИЙ

Значение V, куб. м, следует принимать по информации типового или индивидуального проектов здания или бюро технической инвентаризации (БТИ).

Если здание имеет чердачное перекрытие, значение V, куб. м, определяется как произведение площади горизонтального сечения здания на уровне его 1 этажа (над цокольным этажом) на свободную высоту здания — от уровня чистого пола 1 этажа до верхней плоскости теплоизоляционного слоя чердачного перекрытия, при крышах, совмещенных с чердачными перекрытиями, — до средней отметки верха крыши. Выступающие за поверхности стен архитектурные детали и ниши в стенах здания, а также неотапливаемые лоджии при определении расчетной часовой тепловой нагрузки отопления не учитываются.

При наличии в здании отапливаемого подвала к полученному объему отапливаемого здания необходимо добавить 40% объема этого подвала. Строительный объем подземной части здания (подвал, цокольный этаж) определяется как произведение площади горизонтального сечения здания на уровне его I этажа на высоту подвала (цокольного этажа).

1.4. В случае, если часть жилого здания занята общественным учреждением (контора, магазин, аптека, приемный пункт прачечной и т.д.), расчетная часовая тепловая нагрузка отопления должна быть определена по проекту. Если расчетная часовая тепловая нагрузка в проекте указана только в целом по зданию или определена по укрупненным показателям, тепловую нагрузку отдельных помещений можно определить по площади поверхности теплообмена установленных нагревательных приборов, используя общее уравнение, описывающее их теплоотдачу:

k — коэффициент теплопередачи нагревательного прибора, ккал/(кв. м ч °С),

F — площадь поверхности теплообмена нагревательного прибора, кв. м,

ДЕЛЬТА t — температурный напор нагревательного прибора, °С, определяемый как разность средней температуры нагревательного прибора конвективно-излучающего действия и температуры воздуха в отапливаемом здании.

Методика определения расчетной часовой тепловой нагрузки отопления по поверхности установленных нагревательных приборов систем отопления приведена в [10].

1.6. При отсутствии проектных данных и определении расчетной часовой тепловой нагрузки отопления производственных, общественных, сельскохозяйственных и других нетиповых зданий (гаражей, подземных отапливаемых переходов, бассейнов, магазинов, киосков, аптек и т.д.) по укрупненным показателям уточнение значений этой нагрузки следует производить по площади поверхности теплообмена установленных нагревательных приборов систем отопления в соответствии с методикой, приведенной в [10]. Исходная информация для расчетов выявляется представителем теплоснабжающей организации в присутствии представителя абонента с составлением соответствующего акта.

1.7. Расход тепловой энергии на технологические нужды теплиц и оранжерей, Гкал/ч, определяется из выражения:

Источник: www.sudact.ru

Читайте также  Проникающая гидроизоляция для фундамента Поделитесь статьей в соц. сетях:

О тепловой энергии простым языком!

Опубликовано 13 Окт 2013
Рубрика: Теплотехника | 117 комментариев

Человечеству известно немного видов энергии – механическая энергия (кинетическая и потенциальная), внутренняя энергия (тепловая), энергия полей (гравитационная, электромагнитная и ядерная), химическая. Отдельно стоит выделить энергию взрыва,…

…энергию вакуума и еще существующую только в теории – темную энергию. В этой статье, первой в рубрике «Теплотехника», я попытаюсь на простом и доступном языке, используя практический пример, рассказать о важнейшем виде энергии в жизни людей — о тепловой энергии и о рождающей ее во времени тепловой мощности.

Несколько слов для понимания места теплотехники, как раздела науки о получении, передаче и применении тепловой энергии. Современная теплотехника выделилась из общей термодинамики, которая в свою очередь является одним из разделов физики. Термодинамика – это дословно «теплый» плюс «силовой». Таким образом, термодинамика – это наука об «изменении температуры» системы.

Воздействие на систему извне, при котором изменяется ее внутренняя энергия, может являться результатом теплообмена. Тепловая энергия, которая приобретается или теряется системой в результате такого взаимодействия с окружающей средой, называется количеством теплоты и измеряется в системе СИ в Джоулях.

Если вы не инженер-теплотехник, и ежедневно не занимаетесь теплотехническими вопросами, то вам, столкнувшись с ними, иногда без опыта бывает очень трудно быстро в них разобраться. Трудно без наличия опыта представить даже размерность искомых значений количества теплоты и тепловой мощности. Сколько Джоулей энергии необходимо чтобы нагреть 1000 метров кубических воздуха от температуры -37˚С до +18˚С?.. Какая нужна мощность источника тепла, чтобы сделать это за 1 час?.. На эти не самые сложные вопросы способны сегодня ответить «сходу» далеко не все инженеры. Иногда специалисты даже помнят формулы, но применить их на практике могут лишь единицы!

Прочитав до конца эту статью, вы сможете легко решать реальные производственные и бытовые задачи, связанные с нагревом и охлаждением различных материалов.  Понимание физической сути процессов теплопередачи и знание простых основных формул – это главные блоки в фундаменте знаний по теплотехнике!

Количество теплоты при различных физических процессах.

Большинство известных веществ могут при разных температуре и давлении находиться в твердом, жидком, газообразном или плазменном состояниях. Переход из одного агрегатного состояния в другое происходит при постоянной температуре (при условии, что не меняются давление и другие параметры окружающей среды) и сопровождается поглощением или выделением тепловой энергии. Не смотря на то, что во Вселенной 99% вещества находится в состоянии плазмы, мы в этой статье не будем рассматривать это агрегатное состояние.

Рассмотрим график, представленный на рисунке. На нем изображена зависимость температуры вещества Т от количества теплоты Q, подведенного к некой закрытой системе, содержащей определенную массу какого-то конкретного вещества.

1. Твердое тело, имеющее температуру T1, нагреваем до температуры Tпл, затрачивая на этот процесс количество теплоты равное Q1.

2. Далее начинается процесс плавления, который происходит при постоянной температуре Тпл (температуре плавления). Для расплавления всей массы твердого тела необходимо затратить тепловой энергии в количестве Q2— Q1.

3. Далее жидкость, получившаяся в результате плавления твердого тела, нагреваем до температуры кипения (газообразования) Ткп, затрачивая на это количество теплоты равное Q3–Q2.

4. Теперь при неизменной температуре кипения Ткп жидкость кипит и испаряется, превращаясь в газ. Для перехода всей массы жидкости в газ необходимо затратить тепловую энергию в количестве Q4–Q3.

5. На последнем этапе происходит нагрев газа от температуры Ткп до некоторой температуры Т2. При этом затраты количества теплоты составят Q5–Q4. (Если нагреем газ до температуры ионизации, то газ превратится в плазму.)

Таким образом, нагревая исходное твердое тело от температуры Т1 до температуры Т2 мы затратили тепловую энергию в количестве Q5, переводя вещество через три агрегатных состояния.

Двигаясь в обратном направлении, мы отведем от вещества то же количество тепла Q5, пройдя этапы конденсации, кристаллизации и остывания от температуры Т2 до  температуры Т1. Разумеется, мы рассматриваем замкнутую систему без потерь энергии во внешнюю среду.

Заметим, что возможен переход из твердого состояния в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Такой процесс именуется возгонкой, а обратный ему процесс – десублимацией.

Итак, уяснили, что процессы переходов между агрегатными состояниями вещества характеризуются потреблением энергии при неизменной температуре. При нагреве вещества, находящегося в одном неизменном агрегатном состоянии, повышается температура и также расходуется тепловая энергия.

Главные формулы теплопередачи.

Формулы очень просты.

Количество теплоты Q в Дж рассчитывается по формулам:

1. Со стороны потребления тепла, то есть со стороны нагрузки:

1.1. При нагревании (охлаждении):

Q=m*c*(Т2–Т1)

Здесь и далее:

m – масса вещества в кг

с – удельная теплоемкость вещества в Дж/(кг*К)

1.2. При плавлении (замерзании):

Q=m*λ

λ – удельная теплота плавления и кристаллизации вещества в Дж/кг

1.3. При кипении, испарении (конденсации):

Q=m*r

r – удельная теплота газообразования и конденсации вещества в Дж/кг

2. Со стороны производства тепла, то есть со стороны источника:

2.1. При сгорании топлива:

Q=m*q

q – удельная теплота сгорания топлива в Дж/кг

2.2. При превращении электроэнергии в тепловую энергию (закон Джоуля — Ленца):

Q=t*I*U=t*R*I^2=(t/R)*U^2

t – время в с

I – действующее значение тока в А

U – действующее значение напряжения в В

R – сопротивление нагрузки в Ом

Делаем вывод – количество теплоты прямо пропорционально массе вещества при всех фазовых превращениях и при нагреве дополнительно прямо пропорционально разности температур. Коэффициенты пропорциональности (c, λ, r, q) для каждого вещества имеют свои значения и определены опытным путем (берутся из справочников).

Тепловая мощность N в Вт – это количество теплоты переданное системе за определенное время:

N=Q/t

Чем быстрее мы хотим нагреть тело до определенной температуры, тем большей мощности должен быть источник тепловой энергии – все логично.

В жизни бывает часто необходимо сделать быстрый оценочный расчет, чтобы понять – имеет ли смысл продолжать изучение темы, делая проект и развернутые точные трудоемкие расчеты. Сделав за несколько минут расчет даже с точностью ±30%, можно принять важное управленческое решение, которое будет в 100 раз более дешевым и в 1000 раз более оперативным и в итоге в 100000 раз более эффективным, чем выполнение точного расчета в течение недели, а то и месяца, группой дорогостоящих специалистов…

Условия задачи:

В помещение цеха подготовки металлопроката размерами 24м х 15м х 7м завозим со склада на улице металлопрокат в количестве 3т. На металлопрокате есть лед общей массой 20кг. На улице -37˚С. Какое количество теплоты необходимо, чтобы нагреть металл до +18˚С; нагреть лед, растопить его и нагреть воду до +18˚С; нагреть весь объем воздуха в помещении, если предположить, что до этого отопление было полностью отключено? Какую мощность должна иметь система отопления, если все вышесказанное необходимо выполнить за 1час? (Очень жесткие и почти не реальные условия – особенно касающиеся воздуха!)

Расчет выполним в программе MS Excel или в программе OOo Calc.

С цветовым форматированием ячеек и шрифтов ознакомьтесь на странице «О блоге». 

Исходные данные:

1. Названия веществ пишем:

в ячейку D3: Сталь

в ячейку E3: Лед

в ячейку F3: Лед/вода

в ячейку G3: Вода

в ячейку G3: Воздух

2. Названия процессов заносим:

в ячейки D4, E4, G4, G4: нагрев

в ячейку F4: таяние

3. Удельную теплоемкость веществ c в Дж/(кг*К) пишем  для стали, льда, воды и воздуха соответственно

в ячейку D5: 460

в ячейку E5: 2110

в ячейку G5: 4190

в ячейку H5: 1005

4. Удельную теплоту плавления  льда λ в Дж/кг вписываем

в ячейку F6: 330000

5. Массу веществ m в кг вписываем соответственно для стали и льда

в ячейку D7: 3000

в ячейку E7: 20

Так как при превращении льда в воду масса не изменяется, то

в ячейках F7 и G7: =E7=20

Массу воздуха находим произведением объема помещения на удельный вес

в ячейке H7: =24*15*7*1,23=3100

6. Время процессов t в мин пишем только один раз для стали

в ячейку D8: 60

Значения времени для нагрева льда, его плавления и нагрева получившейся воды рассчитываются из условия, что все эти три процесса должны уложиться в сумме за такое же время, какое отведено на нагрев металла. Считываем соответственно

в ячейке E8: =E12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8)=9,7

в ячейке F8: =F12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8)=41,0

в ячейке G8: =G12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8)=9,4

Воздух также должен прогреться за это же самое отведенное время, читаем

в ячейке H8: =D8=60,0

7. Начальную температуру всех веществ T1 в ˚C заносим

в ячейку D9: -37

в ячейку E9: -37

в ячейку F9: 0

в ячейку G9: 0

в ячейку H9: -37

8. Конечную температуру всех веществ T2 в ˚C заносим

в ячейку D10: 18

в ячейку E10: 0

в ячейку F10: 0

в ячейку G10: 18

в ячейку H10: 18

Думаю, вопросов по п.7 и п.8 быть недолжно.

Результаты расчетов:

9. Количество теплоты Q в КДж, необходимое для каждого из процессов рассчитываем

для нагрева стали в ячейке D12: =D7*D5*(D10-D9)/1000=75900

для нагрева льда в ячейке E12: =E7*E5*(E10-E9)/1000= 1561

для плавления льда в ячейке F12: =F7*F6/1000= 6600

для нагрева воды в ячейке G12: =G7*G5*(G10-G9)/1000= 1508

для нагрева воздуха в ячейке H12: =H7*H5*(H10-H9)/1000= 171330

Общее количество необходимой для всех процессов тепловой энергии считываем

в объединенной ячейке D13E13F13G13H13: =СУММ(D12:H12) = 256900

В ячейках D14, E14, F14, G14, H14,  и объединенной ячейке D15E15F15G15H15 количество теплоты приведено в дугой единице измерения – в ГКал (в гигакалориях).

10. Тепловая мощность N в КВт, необходимая для каждого из процессов рассчитывается

для нагрева стали в ячейке D16: =D12/(D8*60)=21,083

для нагрева льда в ячейке E16: =E12/(E8*60)= 2,686

для плавления льда в ячейке F16: =F12/(F8*60)= 2,686

для нагрева воды в ячейке G16: =G12/(G8*60)= 2,686

для нагрева воздуха в ячейке H16: =H12/(H8*60)= 47,592

Суммарная тепловая мощность необходимая для выполнения всех процессов за время t рассчитывается

в объединенной ячейке D17E17F17G17H17: =D13/(D8*60) = 71,361

В ячейках D18, E18, F18, G18, H18,  и объединенной ячейке D19E19F19G19H19 тепловая мощность приведена в дугой единице измерения – в Гкал/час.

На этом расчет в Excel завершен.

Выводы:

Обратите внимание, что для нагрева воздуха необходимо более чем в два раза больше затратить энергии, чем для нагрева такой же массы стали.

При нагреве воды затраты энергии в два раза больше, чем при нагреве льда. Процесс плавления многократно больше потребляет энергии, чем процесс нагрева (при небольшой разности температур).

Нагрев воды в десять раз затрачивает больше тепловой энергии, чем нагрев стали и в четыре раза больше, чем нагрев воздуха.

Мы вспомнили понятия «количество теплоты» и «тепловая мощность», рассмотрели фундаментальные формулы теплопередачи, разобрали практический пример. Надеюсь, что мой язык был прост и понятен.

Ссылка на скачивание файла: raschet-teplovoy-moshchnosti (xls 19,5KB).

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

Причина нагревания проводника кроется в том, что энергия движущихся в нем электронов (иными словами, энергия тока) при последовательном столкновении частиц с ионами молекулярной решётки металлического элемента преобразуется в тёплый тип энергии, или Q, так образуется понятие «тепловая мощность».

Работу тока измеряют с помощью международной системы единиц СИ, применяя к ней джоули (Дж), мощность тока определяют как «ватт» (Вт). Отступая от системы на практике, могут применять в том числе и внесистемные единицы, измеряющие работу тока. Среди них ватт-час (Вт × ч), киловатт-час (сокращённо кВт × ч). Например, 1 Вт × ч обозначает работу тока с удельной мощностью 1 ватт и длительностью времени на один час.

Если электроны движутся по неподвижному проводнику из металла, в этом случае вся полезная работа вырабатываемого тока распределяется на нагревание металлической конструкции, и, исходя из положений закона сохранения энергии, это можно описать формулой Q=A=IUt=I²Rt=(U²/R)*t. Такие соотношения с точностью выражают известный закон Джоуля-Ленца. Исторически он впервые был определён опытным путём учёным Д. Джоулем в середине 19-го века, и в то же время независимо от него ещё одним учёным – Э.Ленцем. Практическое применение тепловая мощность нашла в техническом исполнении с изобретения в 1873 году русским инженером А. Ладыгиным обыкновенной лампы накаливании.

Тепловая мощность тока задействуется в целом ряде электрических приборов и промышленных установок, а именно, в тепловых измерительных приборах, нагревательного типа электрических печках, электросварочной и инвенторной аппаратуре, очень распространены бытовые приборы на электрическом нагревательном эффекте – кипятильники, паяльники, чайники, утюги.

Находит себя тепловой эффект и в пищевой промышленности. С высокой долей использования применяется возможность электроконтактного нагрева, что гарантирует тепловая мощность. Он обуславливается тем, что ток и его тепловая мощность, оказывая влияние на пищевой продукт, который обладает определённой степенью сопротивления, вызывает в нем равномерное разогревание. Можно привести в пример то, как производятся колбасные изделия: через специальный дозатор мясной фарш поступает в металлические формы, стенки которых одновременно служат электродами. Здесь обеспечивается постоянная равномерность нагрева по всей площади и объёму продукта, поддерживается заданная температура, сохраняется оптимальная биологическая ценность пищевого продукта, вместе с этими факторами длительность технологических работ и расход энергии остаются наименьшими.

Удельная тепловая мощность электрического тока (ω), иными словами – количество теплоты, что выделяется в единице объёма за определённую единицу времени, рассчитывается следующим образом. Элементарный цилиндрический объём проводника (dV), с поперечным проводниковым сечением dS, длиной dl, параллельной направлению тока, и сопротивлением составляют уравнения R=p(dl/dS), dV=dSdl.

Согласно определениям закона Джоуля-Ленца, за отведённое время (dt) во взятом нами объёме выделится уровень теплоты, равный dQ=I²Rdt=p(dl/dS)(jdS)²dt=pj²dVdt. В таком случае ω=(dQ)/(dVdt)=pj² и, применяя здесь закон Ома для установления плотности тока j=γE и соотношение p=1/γ, мы сразу получаем выражение ω=jE= γE^2. Оно в дифференциальной форме даёт понятие о законе Джоуля-Ленца.

Расчет теплоотдачи радиаторов отопления необходим для правильного выбора модели в конкретное помещение с учетом особенностей эксплуатации сети. Полученное значение поможет безошибочно найти подходящую модель нужного размера. Однако необходимые вычисления могут показаться слишком сложными для неспециалиста. Предлагаем вашему вниманию детальную статью с формулами и таблицей, которые помогут сориентироваться в ассортименте оборудования.

От чего зависит тепловая мощность радиаторов

Теплоотдача – параметр, указывающий на объем тепла от одной секции за время, пока входящий теплоноситель остывает до температуры выходной воды. Уточнить его можно по технической документации на  оборудование. Например, для модели М-140 номинальная теплоотдача равна 155 Вт/ м². При этом температура теплоносителя на входе составляет около 90°С, а к выходу она снижается до 70°С.

Мощность радиатора зависит отряда факторов:

• коэффициента теплопередачи;
• площади нагревательной поверхности;
• формы секций;
• потерь выработанной энергии во время циркуляции теплоносителя по магистрали сети;
• температурного напора.

Батареи советского производства в домах старой постройки имели сравнительно небольшую теплоотдачу из-за неудачной формы секций. Современные производители учли и исправили этот просчет, изменив внешний вид элементов и развернув их широкой стороной внутрь помещения и к прилегающей стене.  Такое конструктивное решение позволило улучшить характеристики оборудования,  увеличить площадь нагрева и объем теплопередачи от одной секции, одновременно уменьшив вес отопительного прибора.

Номинальная теплоотдача радиаторов отопления

При расчете мощности радиаторов отопления важно помнить — заявленные в техпаспорте параметры рассчитаны на идеальные условия функционирования сети:

• прибор подключен диагональным или боковым способом, поэтому вода движется в нем в направлении  сверху вниз;
• температурный напор (разница между температурой воздуха в помещении и циркулирующей воды) составляет приблизительно 70°C;
• через систему за час протекает около 360 кг воды, отдающей свою энергию в окружающее пространство через стенки.

Лабораторные испытания на заводе-производителе при создании перечисленных выше условий позволяют получить для батареи с секциями в 50 см номинальный уровень мощности в 170-200 Вт. Это полностью соответствует требованиям отраслевого ГОСТ 31311-2005 «Приборы отопительные. Общие технические условия», однако оказывается далеким от реальности сразу по нескольким причинам:

1. Если для сравнения в обратном порядке вычислить t теплоносителя с учетом указанной мощности, получится, что на входе в батарею t должна составлять приблизительно 100°C. Ни один бытовой котел не сможет обеспечить такую водоподготовку, поэтому на входе вода будет прохладнее – максимум 80°C, если водонагревательное оборудование расположено в соседнем помещении и теплоноситель не остыл при прохождении по магистрали.
2. Взяв за основу расчета указанные выше 80°C и разницу в 70°C между температурой теплоносителя и окружающего воздуха, мы получим 10°C, которые сложно назвать пригодными для жизни.

Получить температуру на входе в 90°С можно только при установке мощного оборудования, слишком дорогого и нерентабельного для частного дома. Поэтому необходимо выполнить новый расчет теплоотдачи с учетом фактических данных.

Как рассчитать реальную тепловую мощность радиатора 

Подробное описание того, как рассчитать теплоотдачу, утомит даже человека с техническим образованием. Для удобства в практическом подборе отопительных приборов разработана система понижающих коэффициентов. Достаточно умножить один из них на паспортные параметры, чтобы получить фактический показатель, приближенный к реальности. Используем для расчета приведенную далее таблицу коэффициентов. 

Таблица КПД радиаторов отопления

DT, ⁰С	К	DT, ⁰С	К	DT, ⁰С	К	DT, ⁰С	К
40	0,48	49	0,63	58	0,78	67	0,94
41	0,5	50	0,65	59	0,8	68	0,96
42	0,51	51	0,66	60	0,82	69	0,98
43	0,53	52	0,66	61	0,84	70	1
44	0,55	53	0,7	62	0,85	71	1,02
45	0,56	54	0,71	63	0,87	72	1,04
46	0,58	55	0,73	64	0,89	73	1.06
47	0,6	56	0,75	65	0,91	74	1,07
48	0,61	57	0,77	66	0,93	75	1,09

Для расчета необходимо:

• Уточнить номинальный уровень температуры воздуха и воды на входе в систему.
• Вычислить тепловой напор DT по формуле:

DT = (T подачи + T теплоносителя обратного тока ) / 2 – T воздуха

• Найти в предложенной выше таблице соответствующий коэффициент.
• Умножить его на указанную в паспорте мощность одной секции.
• С учетом площади помещения посчитать количество секций.

Так, если на входе t теплоносителя составляет 90 °С, t обратки 70 °С, а воздух в комнате 20 °С, коэффициент равен 0,82. Умножаем его на заявленные производителем 180 Вт от секции биметаллической модели и получаем 148 Вт, который хватит для отопления полутора квадратных метров помещения. Если площадь комнаты составляет 25 кв.м., новая батарея должна давать (25/1,5*148) = 2470 Вт энергии.

Важно: предложенная выше таблица и порядок расчетов актуальны только в случае, если заявленный производителем тепловой напор составляет 70°С. Если же в паспорте отопления указаны 50°С, коэффициенты из таблицы недействительны. В этом случае следует ориентироваться на указанные производителем технические параметры, но выбрать батарею с запасом секций в 1,5 раза – 15 вместо 10, 18 вместо 12 и т.д.

У каких радиаторов лучше теплоотдача

Еще один фактор, влияющий на объемы получаемой энергии — материал изготовления радиаторов. Обладая разным уровнем теплопроводности, разные металлические сплавы и конструкции дают различные результаты. 

1. Лидерами являются биметаллические изделия, в производстве которых использовано одновременно два вида сплавов — стальной и алюминиевый, используемый для оребрения. Мощность одной секции составляет от 140 до 180 Вт, номинальный уровень давления — 35 атмосфер, срок эксплуатации — около 20 лет.
2. Алюминиевые конструкции изготавливаются из силумина — сплава алюминия и кремния. Одна секция может дать от 130 до 221 Вт энергии. Однако хрупкость алюминия негативно влияет на срок службы и прочность изделия. Материал выдерживает рабочее давление в пределах 10 атм и рекомендован для использования теплоносителя с уровнем кислотности pH не более 7,5 во избежание преждевременного разрушения.
3. Стальные модели считаются оптимальным решением по соотношению стоимости и практических достоинств. Такие сплавы быстро нагреваются и интенсивно излучают тепло в окружающую среду. Поскольку стальные изделия изготавливаются в виде цельных панелей, уровень теплоотдачи рассчитывается для всего радиатора в целом и составляет приблизительно 12 –14 кВт.
4. Чугунные батареи дают не более 80–160 Вт от одного регистра. Высокая теплоемкость не позволяет автоматически регулировать объем теплового излучения. Однако это надежное оборудование, которое не боится резких перепадов давления в системе и нестандартного химического состава теплоносителя, а срок его службы составляет несколько десятков лет. 

Удельная тепловая мощность регистра отопления

Выбирая радиатор, необходимо рассчитать удельную мощность секции (q). Так называют количество тепловой энергии, которую выделяет один элемент оборудования в единицу времени. Расчет поможет безошибочно подобрать модель с подходящим числом фрагментов, умножив удельную тепловую мощность на их количество. Так, для систем 500 мм с теплоносителем 70 °С в зависимости от типа сплава дадут следующее количество теплоты:

• 160 Вт для чугуна, который по праву считается образцом долговечности и надежности;
• 200 Вт для алюминия, который дает много тепла, но отличается чувствительностью к механической нагрузке;
• 180 Вт для биметаллических моделей, сумевших объединить в себе теплоотдачу алюминия и прочность чугуна;
• 85 Вт для стали, для которой главными преимуществами являются повышенная химическая и механическая стойкость, но не уровень теплоемкости.

Приведенные значения можно назвать приблизительными, рассчитанными для стандартных образцов. Более точные цифры – в техническом паспорте выбранной модели.

Влияние способа подключения на теплоотдачу

Существует зависимость тепловой мощности радиатора от особенностей его размещения. Среди основных факторов специалисты выделяют следующие:

1. Монтаж батареи под окном, где теплопотери через стекло часто достигают значительного уровня. При этом нагретый воздух поднимается к потолку, создавая своеобразную тепловую завесу для холода и сквозняков. Результат – комфортная температура в доме и рациональное использование отопительных приборов.
   
2. Благодаря двустороннему подключению удастся поднять мощность до максимального уровня. Ограничением здесь выступает количество секций: радиаторы с менее чем 20 элементами обычно предусматривают только одностороннее подключение.
3. Верхняя подача теплоносителя с отводом через нижнюю часть системы не влияет на тепловую мощность, тогда как направление снизу вверх сокращает ее на 20% и более.
4. При размещении прибора в нише теплоотдача снижается на 7–10%.
5. Установка декоративного экрана, вследствие чего производительность батареи снижается на 10–15%. Если полностью зашить прибор под деревянную панель, потери энергии составят 20–25%.

Как увеличить мощность радиаторов отопления

Избежать значительных потерь тепла из-за интенсивного нагревания наружной стены и одновременно повысить уровень теплоотдачи поможет использование теплоотражающего экрана. Его устанавливают между радиатором и стеной, тем самым направляя в сторону комнаты дополнительный поток тепловой энергии.

Оптимальный вариант теплового экрана – материал с фольгированной поверхностью. Она эффективно отражает тепло, препятствуя его напрасному расходованию на нагревание стен и пола. Выбирая отражатель, отдайте предпочтение модели, которая больше параметров прибора на 2-3 см с каждой стороны. Такой экран будет «обтекать» конструкцию, сводя теплопотери к минимуму. 

Расстояние между отражающей поверхностью и стеной должно составлять около 3-5 см. Тем, кто планирует изготовить экран самостоятельно, рекомендуется вырезать его из листа изоспана, алюфома или пенофола, после чего хорошо закрепить на стене с помощью металлических крепежей или клеевого состава.

Вам будет интересно