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Comsol电热水壶

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本文摘要:(由ai生成)

文章分类未定,文章标题为“Comsol电热水壶”。该文章主要围绕Comsol品牌的电热水壶进行介绍,但具体内容需查看文章附件才能得知。由于缺少具体信息,摘要无法详细描述电热水壶的特点、功能或优势。不过,从标题可以推测,文章可能涉及Comsol电热水壶的设计、性能、使用方法等方面的内容。如需了解详细信息,请查看文章附件或阅读完整文章。

  

关键词:

电热水壶;自然对流;热流耦合;仿真计算


电热壶的工作原理主要是利用电流的热效应,即电流通过电阻时会产生热量

当电热壶接通电源后,电流通过壶内的‌加热元件,将电能转化为热能,从而使水温升高。电热壶通常采用‌不锈钢作为壶体材料,底盘加热设计,能够快速加热并保持水温。

电热水壶还配备了‌蒸汽感应控温装置,当水沸腾时,产生的蒸汽会使内部的‌双金属片变形,通过杠杆原理推动开关,切断电源,防止干烧。


供稿 | 热流Es

编辑 | 小苏    

审核 | 赵佳乐 


一 电热水壶


电水壶在1891年诞生于芝加哥。随着科技的发展,快捷、安全、便利、充分利用能源日渐成为了水壶的主要特点,嗜茶的英国人从此便爱上它了。到了二十一世纪便成为全球的畅销品。电水壶采用的是蒸气智能感应控温,具有水沸腾后自动断电、防干烧断电的功能。随着生活的需要,现在的电水壶也正在向多功能方向发展,如防漏、防烫、锁水等。电水壶具有加热速度快,保温效果好,过滤功能强,式样多等优点。

 

图1a. 电热水壶组件构成


1.1 优点

(1)发热快:“热得快”是电水壶最基本的要求:原先的发热线圈改造成了更为宽厚的发热底盘,一则更美观实用,解决了水垢难以清洗的漏洞;二来热转换效率高,往往3-5分钟就可以把0.5升至1升的水烧沸腾。

(2)过滤强:“饮水要健康”是所有人的共识,因此在水壶中装上几道“安全防护网”。水壶底部、出水口等关键位置可谓“机关”重重,装置了几重过滤网,可清除水垢,净化水质。

(3)功能全:简单的烧水已经不能满足日常的需求,套装式的电水壶开始走俏,除了电水壶,还有茶具等专用器具,烧水、泡茶、喝咖啡等一气呵成,体现了从头至尾的关爱。

(4)人性化的设计:壶身设计更为简洁华丽、电源线内藏设计避免繁琐,符合现代家居的时尚风格理念;防滑手柄方便安全,尽显体贴之匠心;水烧开之后有趣的报警音,为生活增添了很多情趣。

(5)款式多样:电水壶发展至今,除了功能不停进步,在外观上也在不停地改进,从以前的圆圆扁扁,在圆柱外观,再到立柱型外观,从普通的不锈钢到拉丝材质,还有塑料材质,电水壶美丽的外观也在装点着我们的生活。


1.2 使用价值

电水壶的实用价值主要体现在加热速度快,一般烧一壶水只要5-8分钟,电热水壶可以说一种节能省电的快速加热器具。再就是使用方便,水开全自动断电,保障使用时的安全性。建议一般家庭选用全不锈钢快速电热水壶,这样可以避免塑料水壶使用安全性上问题。电热水壶在礼品界也是一个大市场,差不多每个单位在年底都会选择一些价格相对便宜的电子礼品、小家电礼品来作为工人发福利,电热水壶是一些单位选用的较多的一种厨房小家电礼品。

 

图1b. 知名品牌电热水壶


二 物理建模


根据某品牌电热水壶几何尺寸绘制的三维模型如图2所示。仿真过程需设置电热水壶模型材料的动力粘度、比热容、导热系数和密度,为保证结果准确性,以上材料参数均从相关论文资料及现有实验数据中获取,如图3所示。

 

图2. 几何模型

 

图3. 材料参数


三 物理边界条件


温度场边界条件:

(1)水设置流体域,其余材料为固体域;

(2)底部边界设置恒温边界;

(3)外部边界设置热通量,换热材料为外部空气,换热系数取10W/(m^2*K);

(4)水壶底部设置边界热源;

(5)初始温度设为室温293.15K。


流体场边界条件:

(1)流体域选择水;

(2)初始压力和速度均为0;

(3)设置重力,重力系数取9.8;

(4)设置压力点约束条件。


多物理场耦合条件:

流体域/流体边界均设为非等温流域/边界。

 

图4. 物理场边界条件


根据有限元法的求解原理,剖分越精细,求解越准确,数值计算前通过网格划分对模型计算区域进行离散化处理,采用四面体非结构化网格和边界层网格对电热水壶模型进行划分,具体网格分布如图5所示。

 

图5. 计算网格


四 结果展示


采用全耦合求解器对电热水壶模型进行求解,通过计算得到电热水壶及中间截面温度场和流体场分布如下所示。

 

图6. 温度场分布

 

图7. 等温线分布


 

图8. 等温面分布


 

图9. 速度分布


 

图10. 流线分布


 

图11. 压力分布


 

图12. 截面温度分布


 

图13. 截面速度分布


 

图14. 截面压力分布




来源:Comsol有限元模拟
Comsol电源电子材料热设计
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-11-02
最近编辑:1月前
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硕士 | 仿真工程师,... Comsol工程师,研究方向多物理场
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