Способы и принципы электронагрева

Электронагрев – это тип нагрева, при котором электроэнергия преобразуется в тепловую энергию для дальнейшего использования. Т.е. при электронагреве электрический ток, проходящий по нагревательному элементу, повышает его температуру и преобразуется в тепло.

Способы передачи тепла при электрическом нагреве

Когда объект начинает выделять тепло, то есть его температура превышает температуру других близлежащих объектов, это называется источником тепла. По мере того, как температура объекта повышается, он начинает повышать температуру материалов поблизости, используя любую комбинацию трех различных методов - проводимости, конвекции и излучения.

• Проводимость передает тепловую энергию от одного материала к другому посредством прямого контакта. Это наиболее прямой метод передачи тепловой энергии и обычно считается наиболее эффективным - самый высокий процент созданной тепловой энергии передается более холодным объектам от источника тепла.

• Конвекция также использует физический контакт для передачи тепловой энергии, но контакт влечет за собой использование промежуточного газа, обычно воздуха. При конвекционном обогреве источник тепла нагревает газ. Нагретый газ теперь имеет меньший вес на единицу объема, создавая эффект плавучести. Эту плавучесть легко увидеть при полете воздушных шаров. Горячий газ поднимается вверх, создавая конвекционные потоки, которые заставляют нагретый газ контактировать с более холодными объектами, нагревая их. Охлажденный газ возвращается к источнику тепла, где снова нагревается, и процесс повторяется.

• Третий метод передачи тепловой энергии, излучение, не основан на каком-либо физическом контакте между источником тепла и нагреваемым объектом. Вместо этого тепловая энергия передается через пространство от источника тепла к объекту в форме электромагнитного излучения, обычно в виде инфракрасных волн, хотя это не единственная используемая частота. Например, в микроволновых печах для нагрева пищи используются длины волн, во много раз превышающие инфракрасные, в то время как в медицинских устройствах для диатермии используются еще более низкие радиочастоты для нагрева частей тела человека.

В электрических нагревателях от производителя Хитл используются все три метода для обогрева определенных предметов, но какой из трех методов является лучшим, зависит от области применения.

Тепловые потери при электронагреве

Как указывалось ранее, объект, подвергаемый электрическому нагреву, продолжает нагреваться во время прохождения через него электрического тока до тех пор, пока он не достигнет своей температуры выгорания и источник тепла не будет разрушен. Очевидно, что современные электронагреватели при правильном использовании не испытывают такого состояния перегорания. Ответ кроется в тепловых потерях или передаче тепла от источника нагрева, что снижает его температуру.

Термин «теплопотери» обычно используется для обозначения тепловой энергии, передаваемой в нежелательные области, но тепловая энергия также передается в желаемую точку. Все три метода передачи тепла могут привести к потерям тепла. Например, контактный электронагреватель, расположенный на дне емкости, нагревает ее содержимое. Первичная форма передачи тепла - это теплопроводность от нагревателя к контейнеру, а затем к его содержимому, но между контейнером и любой поддерживающей конструкцией могут возникать потери теплопроводности. Поскольку контейнер и нагреватель находятся в воздухе, происходит конвекционная потеря тепла при циркуляции воздуха вокруг контейнера. Вдобавок, если держать руку на расстоянии 10 см от стенки контейнера, можно почувствовать потерю излучаемого тепла.

Излишне говорить, что размер этих объектов также играет немалую роль. Для контейнера количество излучаемой тепловой энергии определяется площадью внешней поверхности. Предположим, что мы хотим нагреть кольцевыми нагревателями емкость, которая представляет собой небольшой цилиндр диаметром 6 см и высотой 5 см. Площадь поверхности цилиндра ( A _S ) равна окружности цилиндра (вычисляется как π, умноженное на диаметр D, или как 2π, умноженное на радиус, R), умноженное на его высоту (h).

Простое увеличение диаметра цилиндра на 1 см означает, что площадь поверхности контейнера увеличивается на 15,7 см ² , что почти на 17% увеличивает площадь поверхности и, следовательно, потери тепла. При определении размера нагревательного элемента, необходимого для достижения определенной температуры, необходимо учитывать все эти тепловые потери.

Компания Хитл производит различные типы электрических нагревательных элементов, использующих все типы передачи тепла в разной степени. Инфракрасные нагреватели преимущественно передают тепло посредством излучения, контактные кольцевые, плоские и патронные нагреватели главным образом используют теплопроводность, а сухие керамические ТЭНы с открытой спиралью отлично передают тепло при помощи конвекции и излучения.