王秋生 楊中寶 任曉平 唐昕彤 孫曉婷

摘要：傳統(tǒng)熱水壺的能量損失大，結(jié)合強(qiáng)化傳熱理論，對(duì)傳統(tǒng)熱水壺壺底結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，提出一種新型熱水壺壺底結(jié)構(gòu)，通過(guò)能耗對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，新型水壺節(jié)能效果明顯，值得推廣。

關(guān)鍵詞：熱水壺;節(jié)能;強(qiáng)化傳熱

Abstract： The energy loss of traditional hot water kettle is large. Combined with the theory of heat transfer enhancement， the structure of traditional hot water kettle bottom is reformed， and a new type of hot water kettle bottom structure is proposed. Through the energy consumption comparative experiment， it is found that the new type of hot water kettle has obvious energy saving effect， which is worthy of promotion.

Key words：hot kettle;energy saving;heat transfer enhancement

引言

爐灶用熱水壺是家庭必備生活工具，但在使用過(guò)程中，熱量損失大，熱效率一般在50%～60%【1】，能源損失大，亟待解決。

一、熱平衡及強(qiáng)化傳熱

傳統(tǒng)熱水壺如圖1所示，壺體輸入熱量和輸出熱量遵循熱平衡收支平衡原則。壺體的輸入總熱量近似等于燃?xì)馊紵磻?yīng)釋放的化學(xué)熱，輸出熱量包括有效利用熱和各項(xiàng)熱損失，其中有效利用熱是指壺內(nèi)水吸收的熱量，熱損失包括（1）排煙損失，是指從壺底外側(cè)和爐灶間煙氣帶走的熱量。（2）壺身散熱損失，是指因?yàn)閴厣斫饘贉囟让黠@高于周?chē)h(huán)境溫度，從而向周?chē)h(huán)境形成散熱損失。（3）其他熱量損失，比如加熱灶臺(tái)面、灶體等部件消耗的熱量。在各項(xiàng)熱損失中，排煙熱損失很大，是造成水壺?zé)嵝实拖碌闹饕颉?/p>

從傳熱角度看，整個(gè)傳熱過(guò)程存在以下傳熱環(huán)節(jié)，即：從高溫火焰對(duì)壺底外壁的輻射換熱，到壺底外壁和內(nèi)壁面的導(dǎo)熱、壺底內(nèi)壁面和附近水的對(duì)流傳熱。根據(jù)傳熱學(xué)理論分析可得：

由傳熱方程可知，可通過(guò)增加換熱面積，增大總傳熱系數(shù)，和傳熱溫差ΔT三個(gè)方面強(qiáng)化傳熱，以提高熱效率。

二、節(jié)能改造

從增大火焰與壺底傳熱面積角度出發(fā)，改進(jìn)壺底結(jié)構(gòu)，改造后的新型水壺壺底結(jié)構(gòu)如圖2所示。壺底布置多個(gè)沉孔，其結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)水壺結(jié)構(gòu)對(duì)比見(jiàn)表1。

三、節(jié)能效果實(shí)驗(yàn)分析

傳統(tǒng)水壺和新型水壺在燃?xì)庠钌线M(jìn)行能耗對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)方法是在相同加熱條件下，將初溫相同的水加熱到100℃，分別記錄傳統(tǒng)水壺和新型水壺的所需時(shí)間，通過(guò)對(duì)比兩種水壺的加熱時(shí)間，分析新型熱壺的節(jié)能效果，測(cè)試結(jié)果如圖3。

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，新型水壺平均加熱時(shí)間為583秒，傳統(tǒng)水壺為636秒，新型水壺加熱時(shí)間縮短了53秒，由此可知新型水壺?zé)嵝时葌鹘y(tǒng)水壺平均節(jié)能8.3%，新型水壺具有明顯的節(jié)能效果。

通過(guò)以上分析研究發(fā)現(xiàn)，改變壺底結(jié)構(gòu)，增加傳熱面積，可強(qiáng)化傳熱，提高熱效率，值得推廣應(yīng)用。

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通訊作者簡(jiǎn)介：任曉平（1977—），碩士，長(zhǎng)春工程學(xué)院教師，主要從事可再生能源技術(shù)研究。