Форум » Конструктив » Кипятильник » Ответить
Кипятильник
RCgoff: Вы - главный инженер кипятильничного завода "Красный Кипятильник им.Ильича". Перед вами стоит задача - спроектировать кипятильник, оптимизированный по времени закипания воды. Лимит потребляемой мощности - 6 ампер от розетки, т.е. 1,3 КВт. Допустим, что мы избрали традиционную схему со спиральным нагревателем, и спираль наша имеет цилиндрическую форму. Логика подсказывает, что вода закипит тем быстрее, чем больше Q передается от кипятильника воде. Но Q=Pt=IUt=(U^2)t/R, то есть чтобы кипятильник сильнее грелся, его сопротивление должно быть меньше. Но для одинаковых материалов сопротивление линейно зависит от длины. То есть, чтобы уменьшить сопротивление, мы должны уменьшить кипятильник. Но тогда мы уменьшим площаль его соприкосновения с водой, и нагревательная способноть понизится. (1-й парадоксик кипятильника). Поправьте меня, если я туплю. Далее. С.Пиджаков и я подозреваем, что из-за конечной скорости переноса тепла в воде использовать как нагреватели сильноразогревающиеся, т.е. имеющие низкое сопротивление материалы (металлы) некруто, как из-за того, что они будут плохо охлаждаться водой, т.е. в конечном итоге будут окружены слоем пара с низкой теплопроводностью, так и из-за того, что для получения приемлемого для электросети (т.е. небольшого) тока такой нагреватель придется делать длинным, что хоть и хорошо, но экономически невыгодно (наверное). Да и коррозия у таких материалов велика. Теперь вот такой вопрос. С точки зрения гидродинамики, теплотехники и прочих жидких наук, какая форма нагревателя для воды с растворенными кислородом и карбонатом кальция наиболее приемлема? Наверное, такая, как принята в паровых котлах, то есть с жаровыми трубами. Представить себе такой электрокипятильник в массовом производстве сложно. Мы видим ТЭНы либо в форме горизонтальной плоской спирали (как в вертикальных импортных чайниках), либо в форме цилиндрической спирали (обычный кипятильник), либо в форме полувитка толстого нагревателя (классический советский электрочайник), еще иногда буржуйские чайнички имеют ТЭН в форме диска, вмонтированного в дно. Все эти штуки расположены внизу емкости, т.к. такие чайники используют конвекцию, поэтому подогревать нужно холодные нижние слои. В котлах я такой закономерности не встречал, кстати, да и в обычном самоваре, если кто видел, труба проходит по центру емкости вертикально. Так что вопрос открыт, мы соответствующую литературу по теплофизике не изучали, будем думать и вас приглашаем. Так может, более технологичен и быстр кипятильник на ином физическом принципе? Известны два пути: 1.Нагреватель, использующий сопротивление воды как проводника. (или что-то связанное с поведением диполей воды в переменном поле). Устройство - две металлические пластины, погруженные в воду и подключенные к сети. Вода, расположенная между пластинами, разогревается от проходящего тока. (Такие кипятильники я встречал, а С.Пиджаков рассказывал о паровом утюге на этом принципе, в инструкции которого было записано даже, что "воду лучше солить"). 1.1. Кстати, в книже Джоунса "Изобретения Дедала", принадлежащей А.С.Дорофееву, читаем о патентах и проектах на сходное устройство для разогрева сосиски. (Сосиска включается с цепь, и ее разогревает протекающий ток). 2. Принцип СВЧ-печи, только генератор менее мощный и более дешевый. (десяток мобильников, например ). По КПД такое устройство, наверное, лучшее, но по недоказанной вредности, может быть, и нет. И еще одно. Возникает соблазн ускорить нагрев воды (в традиционном кипятильнике) уменьшением толщины ее слоя над нагревателем. Однако для сохранения объема придется сделать такую емкость широкой, а с широкой поверхности испарение много больше. Можно сделать для емкости крышку на большой высоте, на которой пар бы конденсикрвался, но все равно, такое решение ИМХО неоптимально. Так какой он, Идеальный Кипятильник?
Ответов - 6
RCgoff: Кстати, 1-й парадокс кипятильника - лишь следствие инерции мышления. Ведь увеличить ток можно не только укорочением единственного проводника, но и включением нескольких параллельно. (назовем это Принцип Суперпозиции Кипятильников). Расчет показывает, что при всех прочих равных время закипания прямо пропорционально R, тогда соединив параллельно n одинаковых кипятильников, получим выигрыш в n раз по времени. Однако не видно что-то в серийной продукции подобных приборов, где секции нагревателя соединялись бы параллельно, увеличивая и площадь, и ток (или ток без изменения площади - например, запараллелить витки спирали у классического кипятильника). "В лоб" проблема не решается - как показал проведенный эксперимент, два кипятильника в стакан не влезают...
Bizon: Q=I*IRT? По моему. То есть чем больше сопротивление тем больше энергии переходит в теплоту, Т Е ,чем длинее кипятильник, тем больше его R а => Q возрастает. Надеюсь я вправил вам мозги господа учёные.
НохАл: Pmax=U*U/4R для двухполюсника, следовательно, собираем кипятилькики как двуполюсники, увеличиваем напряжение и получаем увеличение мощности.
RCgoff: NoHaL как ты увелицишь напряжение в РОЗЕТКе? увеличив его трансформатором, ты проиграешь в токе, и опять какашка. эй ребята не заблуждайтесь! вообщето P=U*I, а =(U^2)t/R я написал, потому что внутренне сопротивление электросети мало очень, и напряжение фачтически неизменно bizon саша, Q=IUt. Воткни в розетку резистор на 10 мегаом - он будет холодный, как сердце красавицы.
НохАл: Pmax=U*U/4R для двухполюсника, следовательно, собираем кипятилькики как двуполюсники, уменьшаем сопротивление и получаем увеличение мощности.
RCgoff: железная логика, Саша! Однако чует мое сердце, что дальше первого абзаца вы не прочитали...
полная версия страницы