研究和评论:材料科学杂雷竞技苹果下载志》上
菜单ISSN: 2321 - 6212
ISSN: 2321 - 6212
Abduljelili Popoola1*,我Gbadebo Olaton2伊斯梅尔a Buliyaminu1
1大学物理系,法赫德国王石油和矿产,Dharhan,沙特阿拉伯
收到:02 - 2021年7月,手稿。joms - 21 - 001 - preqc - 22;编辑分配:05年- - - 2021年7月,PreQC没有。joms - 21 - 001 - preqc - 22 (PQ);综述:2021年- 7月19日,QC。joms - 21 - 001 - preqc - 22;修改后:2022年- 7月19日,手稿。JOMS 21 - 001 - preqc - 22 (R);发表:20 - - - - - - - 2022年9月,DOI: 10.4172 / 2321 - 6212.10.7.005。
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在这项工作中,模型计算的经济厚度炊具任何形状的制定是基于傅里叶热传导定律。此外,不同导热系数的影响和大小的铝锅在其经济厚度进行了研究。每年供暖的成本和经济5500 L纯铝锅的厚度估计£145.8325和9.00毫米,分别。加热的成本每年降低2.5%,经济厚度铝锅锅增加92.0%的合金金属锂的质量为8%。模型的最突出的特点是其预测能力的经济厚度行为绝缘体,导体和高导电材料的导热系数,从而使材料的三个类之间的区别。最后,一个近似成本之间找到了平衡加热锅的厚度及其生产成本,导致能源和资源的保护。
一个模型;铝炊具;Aluminum-Lithium合金;经济厚度;热导率
术语“节能”仍然是一个高度在世界人口的讨论话题。虽然这句话不可能仅仅是一个让陌生的单词,发达国家的人口。也许,这是一个奇怪的混合词在发展中国家的人口依然在与其他问题,如不安全感,洪水、不稳定的电源,不安全的饮用水,资源管理不善等发展中国家这一事实,像尼日利亚,仍在挣扎与稳定的电力供应能源的原因是更明智的使用在这些国家的人口是非常重要的。平均而言,超过一半的一个国家的总能源供应是用于烹饪1,2]。因此,有必要控制烹饪时使用的能量。这是需要特别是在发展中国家,能源浪费不能宽恕。控制能源消耗烹饪时,一个需要深刻理解烹饪时能耗影响因素。这些因素包括能源,蒸煮罐,食品等的类型。有许多热能转换设备包括热盘子,电磁炉(3),当地炉灶(4- - - - - -6)等可用于烹饪。一些研究工作旨在最大限度地减少能量损失从这些热能转换设备在烹饪6- - - - - -9]。然而,大多数发展中国家的人口使用当地的炉灶。因此,许多研究工作已经开展了关于如何改善这些地方炉灶的效率,使用这些炉灶等健康的遗憾。没有很多研究工作,据我们所知,在减少能源使用的方法进行调优的属性用于烹饪锅。最常见的用于烹饪锅在这些发展中国家的人口是所谓的铸铝锅(10]。锅中通常是由不同的废金属的回收利用电子垃圾,引擎部分,旧锅和废弃的厨房用具等。这些金属碎片受到一个非常高的温度,远远超出了他们的熔点。在熔融状态,熔化的形式制成任意形状的锅。锅在这种方式不是阳极氧化膜。金属元素,锅,可以自由迁移。因此,这些免费金属可能污染食品。因此,阳极氧化锅更安全用于烹饪。因此,阳极氧化锅中常用的中产阶级人口将这项研究工作的枢纽之一。烹调过程中尽量减少能源消耗,Olatona Alamu开发了一个模型估算2014年最佳厚度的陶罐。2015年,Olatona和Popoola扩展开发另一个概念模型,计算最优厚度一定形状的铸铝锅。 In both cases, the major concern was to find a particular thickness at which the cost of heating through the pots’ thickness is minimized. Therefore at this thickness, both cost and energy are optimized leading to wise use of energy and resources.
在此,我们提出一个修改模型确定的经济厚度铝锅和调查减少铝的导热系数的影响在经济这些锅的厚度。这热导率的降低将通过合金铝金属的导热系数低。为此,我们用于演示锂。热导率的铝和锂237 W /(该)和85 W /(该调查),分别。因此,合金铝和锂会降低铝的导热系数。因此我们的工作将集中在调查这种合金化的影响在经济厚度两种不同形状的铝锅。锅的形状要考虑阳极化处理开放的圆柱形罐和un-anodized大约圆柱顶部球形锥范围铝铸盆。
模型的数学公式
开发模型,我们跟着Olatona和Popoola报告的过程。然而,在本例中,我们感兴趣的是更常见的烹饪锅即阳极氧化开放圆柱形状铝锅。等独特特征模型的能力区分类基于经济厚度的材料行为,预测的经济厚度锅基于只锅的大小,预测特定值的厚度和半径的能源和资源是最明智的花费和适用性的任何形状,尺寸和材料组成。这个模型中,如果受雇于陶工在锅的生产,规模可能会对建筑能源,节约成本和资源类型的锅,支持全球能源和资源管理的目的。(图1 a和1 b)
图1:(a)的素描un-anodized大约圆柱顶部球形锥范围铸铝锅(b)草图的阳极化处理开放的圆柱形铸铝锅。
以传导为主要传热锅,傅立叶定律适用。法律可以表示为公式(1)所示,问,k, dt, dx是锅的传热率,热导率的锅,锅的总表面积,内外表面温差的锅,锅的厚度,分别。
接下来,我们得到一个锅的厚度的显式表达式。的横截面视图所示图2在下面。
图2:开放的剖视图圆柱形状铝锅,表示稍后将此处定义的参数。
一个开放的总表面积圆柱形状所示图1 b由方程(2)所示。
让锅的半径r =罐子的高度,h。因此,方程(3)可以写成:
开放的圆柱的体积所示图1 b可以写成:
用方程(3)方程(1),我们得到:
积分方程(5)从r1r2和对t t1t2,我们得到
如果锅的厚度用X = r2- r1,然后方程(6)变成了:
有两种方式,热源的热量被转移到项目正在锅里煮。一个是传导通过傅里叶转移,已应用于方程(7)。另一个是热锅内表面的转移到食物在锅里煮。后来发生通过对流,因为大多数的食物需要液体的准备。热量通过对流传输可以用方程(9),U和ΔT传热系数和温度差异锅和项目在锅的内表面,分别。
用方程(3)方程(8),我们得到:
假设能量是守恒的,Q传导=问对流。使用这个,我们得到:
方程(10)的表达式估计锅的厚度。然而,我们感兴趣的经济厚度。这给画面带来成本分析。声明很重要方程(10)表面积-独立,这意味着所有锅的厚度可以通过获得不同形状相同的方程。Olatona Popoola没有意识到之后的事实。加热锅中每年的成本是成本的总和将热源的热量转移到锅(Chs)和成本转移热量通过锅的厚度锅内的物品(Cpt)。在数学上,加热的总成本可能会写成方程(11)。
C海关和Cht取决于通过对流传热,锅的厚度,分别。他们可能会写成方程(12)和(13)。
用方程(9)和(10)到(12)和(13),分别。然后用得到的方程(11),我们得到方程(14)。
CHT也可以写在“X”的厚度,如方程(15)所示。
从方程10 t1可以写成方程给出的16。
用方程(16)(15)也考虑X = r2- r1,我们得到:
在CAlCHT,X,年代1,r1U CwT k, titem和T2是铝的成本单位体积、成本的加热锅的厚度,厚度的锅,锅的寿命,内部的半径,总传热系数、木材成本相当于1 J的热,每年总时间操作的锅,锅的热导率,锅内的食物温度和温度的外表面,分别。这里值得提及,方程(17)是相同的方程得到Olatona和Popoola经济厚度的铝锅中所示的形状图1一个。后试图制定铝锅另一个模型所示的形状图1 b,演绎的是模型是相同的。这是一个迹象表明模型是独立于大小、形状或体积的锅,而是材料组成的。这意味着锅的经济厚度可以通过调优调锅的一些固有特性,如热导率。供热成本的一个明显的依赖锅锅的厚度在导热方程(17)所示。因此,企图改变导热系数肯定影响锅的厚度及其加热成本。因此,我们可以确定准确的经济厚度,加热锅的厚度的成本是最小的。
用于计算的参数CHT包括:t项= 100°C(因为大多数食物都是煮熟的或超出了水的沸点),t2= 127.83°C(锅的外表面温度,特别是侧面接触热源),r雷竞技网页版1= 0.098 m, r2= 0.100 m, C艾尔= 1250奈拉/公斤每公斤铝(成本),S1 = 5年(提供锅可以持续大约5年),T = 1460小时/年(大多数人煮一天三次。如果煮一顿饭平均时间是1小时。然后,我们假设锅的使用每天的总时间是4个小时),Cw= 20.00奈拉(如果当地炉子是热源,那柴火的价格相当于1 j的热量),U = 200 W / (m2同意)(水的传热系数是230 - 280 W / (m2同意),我们选择200 W / (m2同意),因为其他成分的食物可能会降低传热系数)。
从方程(17),经济厚度也可以解释为x的值的供热成本最低。因此,我们评估x的CHT关于x的导数为零。结果显示在方程(18)。
X经济是锅的经济厚度。使用方程(18),锅的经济厚度的体积可以被估计。经济厚度取决于材料的导热系数。因此,该模型并不仅仅局限于铝锅但锅做的任何材料。
计算
许多研究工作已经完成在不同的金属,如铝硅合金,锂,铜、锌等。我们有各种类型的铝合金,如3003年,360年,1050,6060,6061,6063等。然而,很少有研究人员从事合金铝只有一个单一的金属的例子,这是一个aluminum-lithium合金。因此,我们将使用一个已有的数据在文献中导热系数测定的不同比例的锂铝锂合金(铝锂)。使用的数据在我们的计算由l P科斯塔斯报告。相应的热导率值,所示表1在不同的温度范围,测量。作者宣称的价值观正确严格规定的温度范围内表1。这些温度范围也可能缩小至平均温度。这种断言是必要考虑温度对热导率金属的依赖。我们计算方程(17)和(18),使用c++编译器(dev cpp 4.9.9.2编译器)来确定经济厚度的铝罐。计算了热导率的报告值表1,该模型由方程(17)和(18),和上述参数。
| %的锂铝锂合金 | k (W /(该) | 平均温度(°C) |
|---|---|---|
| 0 | 250.62 | 127.2 |
| 1.07 | 137.65 | 196.7 |
| 1.4 | 109.62 | 199.5 |
| 2.3 | 104.6 | 185年 |
| 4.77 | 79.08 | 181.1 |
| 7.94 | 66.11 | 176.6 |
表1。不同比例的锂铝锂合金的热导率。
热导率和经济厚度的变化对锂的质量百分率铝锂合金所示图3一。通过清晰的表示栏也显示在聊天图3 b。见这些数据,热导率减少锂的质量百分率增加。这是由于热量的增加航空公司与锂合金铝的结果。通常,电子热运营商在导体和这些电子的运动是由于其他电子当更多电子参与导电。这可能会导致增加电子碰撞,减少热量的有效数字运营商。
图3:(a)块导热系数和经济厚度与质量百分率的锂铝锅(b)的酒吧聊天表示经济厚度和热导率在不同比例的锂铝锂合金。
所以,合金铝锂是一种相当于引入更多电子铝材料。这可以减少热传导轮流降低了铝锂合金的热导率。所示图4 a和4 b的厚度加热最最小的成本作为经济厚度。因此,经济厚度并不意味着“最小的厚度”。这意味着生产锅的厚度要考虑将确保经济使用的能量。这节省了锅的用户还一些钱,节省国家提高能源的利用率。
图4:(a)供热成本的块和铝锅的厚度与0%的锂合金;加热的成本是最低的厚度是随着经济厚度(b)供热成本的情节和厚度的铝锅合金1.07%,1.4%,2.3%,4.77%和7.94%的锂,对应于不同的热导率值。
经济厚度的增加和降低供热成本的百分比的增加锂铝锂所示图5。经济厚度是一个参数,确定基于加热的最低成本的价值。
图5:的酒吧里聊天表示经济厚度和供暖的成本在不同百分比的锂铝锂合金。
因此,观察到的原因降低供热成本的降低热导率需要在以后可以被解释。薄锅由材料的导热系数高,传热的速度通过锅的厚度几乎是一样的速率加热周围的迷失。
这是真的因为更好的吸收热量也是一个更好的热发射器(Kirchorff定律)。导热系数、傅立叶定律的常数,材料是材料传递热量的能力。随着导热系数降低,热量保留能力增加从锅中失去热量的速度小于热锅的收益。因此,锅内的有效传热项目增加。
因此,更少的能量将转化为热能。这直接解释了观测所示降低供热成本的原因图4和图5。
因为有一个特定的点加热必须最低的成本,所有其他必要的参数必须调整他们的价值观,这样的绝缘属性增强。因此,经济厚度增加,导热系数降低。这两个因素结合在一起,增加了有效传热里面的物品在烹饪锅。随着厚度的增加,降低热导率,锅的绝缘性能提高了,这样的速度获得热能的钵超过的速度失去热能。这最终导致降低供热成本如前所述。
导热系数的依赖和外半径的锅可观测方程(18)也被图形化表示图6和6 b。经济厚度与热导率的图是绘制低,高和超高导热系数。在0到22 W /(该)之间的导热系数值,达到经济厚度增加到最大值点的经济厚度又开始下降,模仿相同的模式由Mahlia等在非常低的温度。本经济厚度持续下降至约500 W /(该)的经济厚度值开始保持不变。
图6:(一)情节的经济厚度和导热系数。红色曲线表明超高导热行为而黑暗的曲线展示了低和高导热性行为(b)的经济厚度与外部半径。
从0到22 W /(该调查),经济厚度增加随着导热系数的增加,如图所示图6 a。从22到500 W /(该调查),经济厚度减少随着导热系数的增加。经济厚度的最大值在22 W / 39.04厘米(该调查)。因此,该模型能够使绝缘体之间的区别,导体和高导电材料。之间的绝缘行为显示0和22 W /(该调查),那里的经济厚度增加随着导热系数的增加。经济厚度提高绝缘属性调整值的。因此,随着导热系数的增加,传热率增加。这降低了有效传热项烹饪锅。因此,必须提高经济厚度,确保锅的绝缘特性增强。之间的导电行为显示22到500 W /(该调查),那里的经济厚度减少随着导热系数的增加,反之亦然。前面解释的原因了。高导热行为显示从500 W /(该)及以上,导热系数,进一步增加不会导致任何重大经济厚度的变化。此时,金属是热饱和。 This is follows from the fact that at high temperature, the thermal conductivity of material becomes constant.
这意味着模型能够预测的经济厚度材料的行为,基于热导材料所属之间的范围。例如,钻石已被证明有热导率高达2000 W /(该)和其他材料的相对较高的热导率下降高度进行分类。因此,锅的经济厚度由钻石将常数无论dopands它可能包含的数量。
外部半径为10厘米的铝锅,加热的经济厚度和成本的值在不同的热导率所示表2。加热的最高成本每年£145.8325 9.00毫米纯铝锅的经济厚度。这是一个价值比以前获得的价值Olatona Popoola。来说这是一个好消息制陶工人,因为他们必须用小锅材料生产9.00 mm厚度。然而,这种锅的用户花费很多精力做饭时这种类型的锅。加热的成本最低,£142.2394,获得了大量的101.93毫米厚度。锅的好消息”用户,陶工的坏消息。因此,明显的一个加热的成本和生产成本之间的平衡也很重要。在恒定的热导率值(k = 250.62 W /(该)),经济厚度的变化外半径的锅所示图6 b。连接一个近似关系的经济厚度和外半径锅也显示出来。利用这个关系,铝锅的半径的经济厚度最小值可以估计。这称为半径进行了优化。通过这种方式,优化铝锅也可以估计的大小。因此,在这一点上,锅的固定的热导率,两个锅的生产成本和成本通过加热锅的厚度很小。
| 导热系数(W /(该)) | 经济厚度(毫米) | 加热成本(£) |
|---|---|---|
| 250.62 | 9 | 145.833 |
| 137.65 | 45.61 | 144.769 |
| 109.62 | 61.84 | 144.167 |
| 104.6 | 65.34 | 144.025 |
| 79.08 | 87.18 | 143.032 |
| 66.11 | 101.93 | 142.239 |
表2。加热和经济成本为10厘米厚度值半径罐在不同百分比的锂铝锂合金。
总之,估算模型的厚度锅的加热锅的厚度最小化成本是制定。最低的供热成本对应的铝锅和8%质量的锂合金,而铝锅的最高成本记录质量的锂合金为0%。等独特特征模型的能力区分类基于经济厚度的材料行为,预测的经济厚度锅基于只锅的大小,预测特定值的厚度和半径的能源和资源是最明智的花费和适用性的任何形状,尺寸和材料组成。这个模型中,如果受雇于陶工在锅的生产,规模可能会对建筑能源,节约成本和资源类型的锅,支持全球能源和资源管理的目的。
作者宣称没有利益冲突与这项工作有关。
