Автор Тема: Какая температура внути ТЭНа?  (Прочитано 1990 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн ИгорьАвтор темы

  • Администратор
  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 18862
  • Спасибо
  • -Отправлено: 1210
  • -Получено: 13443
  • Думи мої думи...
    • Каптерка
Зачесалось посчитать... Думаю, не мне одному бедет интересно.
Берем водяной ТЭН. Диаметр трубки 9 мм, толщина стенки 0,75 мм.
В серединке спираль с наружным диаметром витков 2,5 мм. Между витком и стенкой - 2,5 мм алюмооксидной керамической массы.
ТЭН имеет удельную мощность 15 ватт на см2  и кипятит воду, то есть температура на его поверхности 100 градусов.
Хочу узнать температуру на внутренней поверхности металла и температуру спирали.
Для этого нахожу коэффициенты теплопроводности нержавейки (15 Вт/(м·К)) и керамики (20 Вт/(м·К)).
Этих данных достаточно чтобы получить ответы на мои вопросы.
Перевожу все в метры.
Поток тепла в ТЭНе - 15 ватт на см2, или 150000 ватт/м2.
Площадь - 1 м2. Толщина металла - 0,00075 м.
Он равен коэффициенту теплопроводности умноженному на площадь и перепад температур, и деленному та толщину слоя.
P = К х S  x dT /δнерж
Откуда разность температур равна ...
  dT = P х δнерж/ (К х S)
Проверю по размерности.
dT = ватт * метры/ (ватт / (метры * К) * метры2)... все верно, кельвины, то есть градусы.
Так как на наружной стенке нержавейки у нас 100 градусов, то на внутренней...
ТнержВн = 100 + P х δ/ (К х S) =100+150000*0,00075/(15*1)=107,5 градусов.
Та же температура и на наружной поверхности керамической массы.
А температура на поверхности спирали равна...
Т=107,5+150000*0,0025/(20*1)=126,25 градусов. Не так то уж и много.
Проверил. Ошибок не нашел.
« Последнее редактирование: 29-09-2022, 10:37:05 от Игорь »
Віриш ти в Бога чи ні, йому байдуже.
Важливо, щоб Бог в тебе вірив, а не навпаки.

Оффлайн Диоген

  • Специалист
  • ***
  • Сообщений: 703
  • Спасибо
  • -Отправлено: 21
  • -Получено: 232
Температура на поверхности ТЭНа (полная мощность) под формирующимся паровым пузырьком 600 С*. Диаметр отрывающегося от поверхности пузырька 3 мм. в кипящей жидкости. Возникнув на поверхности однажды, пузырек будет формироваться в этом месте до конца процесса кипения.
« Последнее редактирование: 29-09-2022, 12:52:41 от Диоген »
Брауншвейгские спирали Гроссе-Ётрингхауза

Оффлайн ИгорьАвтор темы

  • Администратор
  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 18862
  • Спасибо
  • -Отправлено: 1210
  • -Получено: 13443
  • Думи мої думи...
    • Каптерка
Сергей, есть замечательный ГОСТ 13268. Его можно посмотреть по ссылке http://www.tenprom.com.ua/gost13268.html
В нем регламентируется все, что касается ТЭНов, в том числе и способы измерения температуры на его поверхности.
В обязательном приложении 10 есть таблица 4, где оговаривается международная маркировка ТЭНов по области применения и по рабочей температуре его поверхности.
Ну а в самом конце ГОСТа можно найти указания по применению и, в частности, пункт 10.
Цитировать (выделенное)
10. Не допускается крепление ТЭН за контактные стержни и эксплуатация ТЭН при температуре на оболочке выше указанной в табл. 4.

Теперь осталось посмотреть эту самую таблицу 4.   
Мне сложно перетащить эту таблицу в сообщение, поэтому предлагаю заглянуть и убедиться в том, что температура поверхности ТЭНов, работающих в воде или слабых растворах кислот и щелочей равна 100 градусам.
Другие среды нас не интересуют, но, Диоген, в поисках источника твоей ошибки, я просмотрел все пункты... И не нашел ни одного пункта, где температура поверхности ТаНа была бы выше 450 градусов. 
Что будем делать с этим?
Разумеется, посчитаем. А что же ещё? :)
Віриш ти в Бога чи ні, йому байдуже.
Важливо, щоб Бог в тебе вірив, а не навпаки.

Оффлайн ИгорьАвтор темы

  • Администратор
  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 18862
  • Спасибо
  • -Отправлено: 1210
  • -Получено: 13443
  • Думи мої думи...
    • Каптерка
Проводим мысленный эксперимент.
ТЭН холодный. Мы поместили его в вакуум и дали ему рабочее напряжение. Тепло от ТЭНа не передается ни конвекцией, ни излучением. Это невозможно, но эксперимент - то мысленный...
Вопрос.
Через сколько времени ТЭН нагреется от 50 до 650 градусов?
Решаем.
Для этого из ТЭНа мысленно вырежем сантиметровый кусочек. 
Посчитаем в нем вес металла и керамики.
Рассматриваю такой ТЭН, который я брал  для предыдущего расчета.
Тогда наш сантиметровый отрезок состоит из нержавеющей трубки д.9х0.75, керамического цилиндра диаметром 7.5 мм и нескольких витков нихрома, объем которых надо бы отнять из объема керамики, но я это делать не буду.
Нержавейка в нашем кусочке будет весить 1.55 грамма, а керамика (0.44см³, плотность 2.3 г/см³)- 1,01 грамма. Площадь поверхности этого отрезка равна 2.83 см², с каждого из которых может уходить по 15 ватт тепла, то есть 42,4 джоуля каждую секунду. 
Удельная теплоемкость нержавейки равна 0.6 джоуля на грамм-градус. Чтобы нагреть 1.55 грамм нержавейки на 600 градусов, нужно затратить... 
0.6 х 1.55 х 600 = 558 джоулей.
Удельная теплоемкость керамики равна 1,08 джоуля на грамм-градус.
Чтобы нагреть 1.01 грамма керамики на 600 градусов, нужно затратить ...
1.08 х 1.01 х 600 = 654 джоуля.
Чтобы нагреть весь отрезок на 600 градусов, нужно дать ему 1212 джоулей.
ТЭН состоит из множества таких отрезков, и каждый из них при работе без никакого отвода тепла получит за секунду 42.4 джоуля.
Значит до температуры 650 градусов ТЭН прогреется за ...
1212 : 42.4 = 28.6 секунд.
Диоген, чтобы на поверхности водяного ТЭНа появилась температура 650 градусов, он должен пол минуты работать не то что насухо ( пар тоже отбирает тепло), а в вакууме.  Никакой пузырек пара при кипении не сможет удержаться на поверхности ТЭНа так долго.
Или как?
Віриш ти в Бога чи ні, йому байдуже.
Важливо, щоб Бог в тебе вірив, а не навпаки.