热量计算
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2020年08月02日 06:57
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2.7.2 热量计算
(1)初始加热所需要的功率
KW = ( C1M1△T + C2M2△T )÷ 864/P + P/2 式中：C1C2分别为容器和介质的比热（Kcal/Kg℃）
M1M2分别为容器和介质的质量（Kg）
△T为所需温度和初始温度之差（℃）
H为初始温度加热到设定温度所需要的时间（h）P最终温度下容器的热散量（Kw）
(2)维持介质于恒温度所需要的功率
KW=C2M3△T/864+P
式中：M3每小时所增加的介质kg/h
(3)维持介质于恒温度所需要的功率
KW=C2M3△T/864+P
式中：M3每小时所增加的介质kg/h
(4)热敏电阻的物理特性用下列参数表示：电阻值、B值、
①．电阻值：RT(KΩ)
热敏电阻的阻值与温度成指数关系，可近似表示为：
①
其中：R2：绝对温度为T2(K)时的电阻(KΩ)
R1：绝对温度为T1(K)时的电阻(KΩ)
B：(T1-T2)温区内B值(K)
图9 空气气水和蒸汽加热功率密度选择曲线（电加热管壳体为耐热10000C的不绣钢）
②：B值(K)
B值决定于热敏的电导激活能，是反映热敏电阻阻值随温度变化快慢的参数，表达式为：
②
其中：B：(T1-T2)温区内B值(K)
R1：绝对温度为T1(K)时的电阻(kΩ)
R2：绝对温度为T2(K)时的电阻(kΩ)
(5)加热设备散热损失计算方法的理论分析根据传热学理论，热设备表面总的散热损失量Q可由下式计算
Q=qpj?S(1)
式中 S——设备总散热外表面积，m2
qpj——总平均热流密度，W/m2
因此，这里的根本问题就是如何获取总平均热流密度qpj的值。总平均热流密度的计算在理论上有热流测试法、导热传热法和对流传热法三种方法。
A热流测试法：热流测试法指直接用热流计测出设备表面不同部位或不同温度区域的热流值，然后取平均值作为最终结果。由于实际工程中某些装置有许多无法用热流计测试的部位，而且测试得到的结果又有很大的片面性，所以该方法准确性不高，仅适于现场粗略估算时采用。因此本系统不采用它。
B导热传热法导热传热计算方法是根据傅里叶导热定律，在已知内外壁温度及保温层热阻的情况下(设备钢壁热阻很小可忽略)计算出热流值的。其计算公式为
③
③ 式中 qi——局部热流密度，W/m2
δi——该局部保温层的折算厚度，m
λ——保温材料的导热系数，W/m?℃
tm——水箱内壁温度，℃
tbi——水箱外壁温度，℃
这里，我们认为造成设备外表面温度场非均匀分布的原因是保温层受到损坏，导致热阻(λ/δi)减小。而一般情况下材料的导热系数是基本上恒定的，故理论上可认为热阻减小的原因是保温层受到损坏而
减薄了。但是，实际上保温层并不是均匀减薄，而是局部的各种情形的损坏，这里仅以保温层的折算厚度来表示损坏的程度。δi值通过局部热流测试，然后利用式(2)反算得出。总平均热流密度为
④
⑤
⑥
即局部热流以局部面积Si加权的平均值。
该方法由于需要通过局部热流测试反算δi，故其准确性也要受到很大影响。并且计算复杂本系统也不采用此方案
C对流传热法
对流传热法以设备外表面与环境空间的自然对流传热为理论基础，在已知设备外表面温度tbi、环境温度t0及气流速度V时，可由式(3)及下式计算出总平均热流qpj。
⑦
I式中 α——设备外表面与环境间的对流换热系数， W/m2
对次系统水箱以及其他设备，由下列公式(4)
⑧
将式⑧代入式⑥整理后得到 ⑨
通过红外热象测试，可以得到准确的设备外表面温度场分布结果，即tbi值，于是可以计算出总平均热流密度qpj的值。显然，计算的核心是求表面温度用面积加权的平均壁温。 参考文献[22] [24]
2.8 电加热器设计计算举例
有一只封闭的容器，尺寸为宽500mm，长1200mm，高为600mm，容器重量150Kg。内装500mm高度的水，容器周围都有50mm的保温层，材料为硅酸盐。水需3小时内从15℃加热至70℃，然后并保持水箱内的水的温度保持15分钟不变。需要多大的功率才能满足所要的温度。 技术数据：
1、水的比重：1000kg/m3
2、水的比热：1kcal/kg℃
3、钢的比热：0.12kcal/kg℃
4、水在70℃时的表面损失4000W/m2
5、保温层损失（在70℃时）32W/m2
6、容器的面积：0.6m2
7、保温层的面积：2.52m2
初始加热所需要的功率：
容器内水的加热：C1M1△T = 1×（0.5×1.2×0.5×1000）×(70－15) = 16500 kcal
容器自身的加热：C2M2△T = 0.12×150×(70－15) = 990 kcal
平均水表面热损失：0.6m2 × 4000W/m2 × 3h × 1/2 × 864/1000 = 3110.4 kcal
平均保温层热损失：2.52m2 × 32W/m2 × 3h × 1/2 × 864/1000 = 104.5 kcal
(考虑20%的富裕量)
初始加热需要的能量为：（16500 + 990 + 3110.4 + 104.5）×1.2 = 70258.8 kcal/kg℃
工作时需要的功率：
加热补充的水所需要的热量：20kg/H × (70－15)×1kcal/kg℃ = 1100kcal
水表面热损失：0.6m2 × 4000W/m2 × 1h × 864/1000 = 2073.6 kcal
保温层热损失：2.52m2 × 32W/m2 × 1h × 864/1000 = 69.67 kcal
（考虑20%的富裕量）
工作加热的能量为：（1100 + 2073.6 + 69.6）×1.2 = 6486.54 kcal/kg℃
工作加热的功率为：6486.54 ÷864÷1 = 7.5 kw
初始加热的功率大于工作时需要的功率，加热器选择的功率至少要27.1kw。
最终选取的加热器功率为7kw。选取4根7KW的电加热
管同时对加热水箱进行加热。