DekEn

ความร้อน

เวลาเย็นตัว / อุ่นเครื่อง (Lumped Capacitance)

หาเวลาที่วัตถุแข็ง (ท่อ/แท่ง ทรงกลม แผ่น ถัง) เย็นตัวหรืออุ่นถึงอุณหภูมิเป้าหมาย ด้วยแบบจำลองความจุรวม (lumped capacitance, Incropera & DeWitt Ch. 5) พร้อมตรวจความถูกต้องด้วยเลข Biot

ค่าที่กรอกจะถูกจำไว้ในเบราว์เซอร์นี้

คำถามที่ต้องการ

A. รูปทรง (Geometry)

ชนิดรูปทรง
m
m

B. คุณสมบัติของแข็ง (ρ, c, k)

ค่า preset: ρ 7832 kg/m³ · c 434 J/kg·K · k 60.5 W/m·K (Incropera Table A.1/A.3)

kg/m³
J/kg·K
W/m·K

ตัวเลขสีเทาในช่องคือค่า preset ที่ใช้อยู่ — พิมพ์ทับเพื่อแทนค่า (เว้นว่าง = ใช้ค่า preset) · k มีผลเฉพาะกับเลข Biot (เกณฑ์ความถูกต้อง) ไม่เข้าสมการ τ

C. การพาความร้อนและอุณหภูมิ

W/m²·K

อากาศนิ่ง ~5–25 · อากาศบังคับ ~25–250 · น้ำนิ่ง ~50–1,000 · น้ำบังคับ/เดือด ~10³–10⁵

°C
°C
°C

ต้องอยู่ระหว่าง T_i กับ T∞ — ตั้งเป้าเท่ากับ T∞ จะใช้เวลาไม่สิ้นสุด

ทำความเข้าใจ Lumped Capacitance (เวลาเย็นตัว / อุ่นเครื่อง)

1. lumped capacitance สมมุติอะไร

แบบจำลองนี้ถือว่าวัตถุทั้งก้อนมีอุณหภูมิเดียวสม่ำเสมอทุกจุดในทุกขณะ — สมดุลพลังงานของก้อนความร้อนเดียว:

  • ใช้ได้เมื่อความต้านทานการนำความร้อนภายในเล็กกว่าความต้านทานการพาความร้อนที่ผิวมาก (เกณฑ์ Biot)
  • สมมุติ h และ T∞ คงที่ตลอดช่วงเวลา ไม่มีความร้อนเกิดภายใน
  • เหมาะกับโลหะนำความร้อนดี ชิ้นไม่หนา (billet, ตัววาล์ว, ท่อผนังบาง, หัวเทอร์โมคัปเปิล)

2. เส้นโค้ง exponential และความหมายของ τ

  • τ = ρVc/(hA_s) = ความจุความร้อน ÷ ความนำการพาความร้อน — เวลาที่ครอบคลุมการเปลี่ยนแปลง 63.2 %
  • ที่ t = τ → 63.2 % · 2τ → 86.5 % · 3τ → 95.0 % · 5τ → 99.3 %
  • เวลาเป็น ln แบบปิด: t = −τ·ln[(T_t−T∞)/(T_i−T∞)] — ไม่ต้องแก้สมการเชิงตัวเลข
  • ค่า τ ปัจจุบัน = 87.94 min

3. เลข Biot — เมื่อไหร่ lumped ใช้ไม่ได้

  • Bi < 0.1 — อุณหภูมิภายในเกือบสม่ำเสมอ → lumped ใช้ได้ (Incropera §5.2)
  • 0.1 ≤ Bi < 1 — มีความต่างอุณหภูมิภายในชัดเจน lumped ประเมินเวลาสั้นเกินไป → ใช้การนำความร้อนชั่วครู่ 1 มิติ
  • Bi ≥ 1 — การนำความร้อนภายในเป็นตัวกำหนด lumped ผิดเชิงคุณภาพ
  • ค่า Bi ปัจจุบัน = 0.0160 → ใช้แบบจำลองความจุรวม (lumped) ได้ (Bi < 0.1)

4. ความยาวลักษณะ L_c ตามรูปทรง

  • ทรงกลม: V = πD³/6, A_s = πD² → L_c = D/6
  • แผ่น (เย็นสองด้าน): L_c = ครึ่งความหนา
  • ทรงกระบอกยาว: ถ้าผิวด้านข้างเด่น L_c → D/4 (เครื่องนี้ใช้ V/A_s เต็มรวมหัวท้าย)
  • ถัง + ของในถัง: V/A_s ของทรงกระบอกตัน
  • ค่า L_c ปัจจุบัน = 38.81 mm

5. ใช้งานจริง

  • ป้องกันการเยือกแข็ง / wax: ท่อหยุดไหลในอากาศเย็น — นานเท่าไรของเหลวจะลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ใช้ตั้งเวลา heat-trace / blow-down
  • อุ่นแบบแบตช์: อุ่นชิ้นงาน/ของเหลวในถังถึง set point (โหมดอุ่นคือ T∞ > T_i ในเครื่องเดียวกัน)
  • Quench / hold time: เวลาที่ billet ในอ่าง quench ลงถึงอุณหภูมิเปลี่ยนเฟส
  • การตอบสนองของเทอร์โมคัปเปิล: τ ของหัวเล็กบอกเวลาตอบสนองของเซนเซอร์

6. ขอบเขตและการตรวจสอบ

  • ใช้ได้เฉพาะ Bi < 0.1 — เครื่องนี้ตรวจและเตือนเมื่อหลุดเกณฑ์
  • ไม่รวมความร้อนเกิดภายใน การเปลี่ยนเฟส (ความร้อนแฝง) การแผ่รังสีที่เด่น และความต้านทานสัมผัส
  • ผลเป็นค่าประมาณเบื้องต้น — งานวิกฤตควรยืนยันด้วยการนำความร้อนชั่วครู่ 1 มิติ / FEA โดยเฉพาะเมื่อ Bi ใกล้ 0.1

กรณีตรวจสอบ: ทรงกลมเหล็ก D = 0.05 m, ρ = 7850, c = 480, k = 50, h = 20; 200 → 50 °C ในอ่าง 25 °C → L_c = D/6 = 8.3333 mm, Bi = 3.333 × 10⁻³, τ = 1570.0 s, t = τ·ln 7 = 3055.0789 s — เป็นการตรวจพีชคณิตและหน่วยกับชุดอินพุตที่กำหนดเอง ไม่ใช่การลอกตัวอย่างจากตำรา

ผลการคำนวณเป็นค่าเบื้องต้น — DekEn ใช้วิธีมาตรฐานที่อ้างอิงได้ แต่ไม่ใช่สิ่งทดแทนวิศวกรวิชาชีพ (PE) โปรดตรวจสอบกับข้อมูลโครงการและมาตรฐานที่เกี่ยวข้องก่อนนำไปก่อสร้าง จัดซื้อ หรือออก RFQ

Indicative engineering results — DekEn implements published methods but is not a substitute for a licensed Professional Engineer. Verify against project data and applicable codes before construction, procurement, or RFQ.

ตรวจสอบแล้ว

ระดับ: ตรวจสอบแล้ว › วิธีมาตรฐาน › เบื้องต้น · ความหมายและหลักฐาน

ระบบจริงของคุณไม่ได้มีท่อเดียว

แบบจำลองระบบท่อแก้ทั้งระบบพร้อมกัน — วงรอบปิด ปั๊ม วาล์ว แรงดันกระชาก และการจำลอง 24 ชั่วโมง ลองต่อระบบท่อ 3 มิติ แล้วกดรันดูผลจริงได้เลย ไม่ต้องสมัครบัญชี · สร้างระบบท่อของคุณเอง บันทึกโปรเจกต์ และทำ safety study ได้ในแพ็ก Pro

ลองต่อระบบท่อ 3 มิติดูแพ็ก Pro