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奶牛电加热保温饮水槽的设计与应用

 我国北方地区冬季气温较低,奶牛饮冰冷水会造成牛奶产量降低、流产等。奶牛电加热保温饮水槽可有效解决这些问题,保证冬季牛饮水温度在8℃~15℃,提高牛奶产量和整体饲养、管理水平,对增加养殖的经济效益具有极其重要作用。笔者结合国内外奶牛饮水器的设计制作经验,试验开发出这种新型电加热饮水槽,并在试验中取得成功,以下就这种电加热饮水槽的组成及设计原理介绍如下:产品组成及特点  
  主要由电器加热控制系统、盛水槽体、支撑固定架、给排水管、专利浮子五部分组成。  
  电器加热控制系统本电加热饮水器采用220V交流电变压为24V,功率依据外界环境温度及风速等计算,加热温度可进行调节。另外装有液位传感器和温度传感器,由配电箱统一控制。  
  盛水槽体盛水槽体采用保温结构,内外层均采用不锈钢材料,保温层采用聚氨脂填充,进排水口设在槽体两侧底部。  
  支撑固定架支撑固定架为不锈钢支腿,表面整洁美观。  
  给水管进水管与预留的给水管连接,配备保温棉,特别寒冷的地区加电加热带等保温防冻措施。  
  专利浮子专利浮子是特殊设计的,能够确保不漏水。  
  设计依据加热系统功率的计算(以6牛位上表面积1.2平方米的饮水器为例)。  
  电加热功率损耗计算主要有以下几部分:水的表面积与空气的对流、水的表面积蒸发、水与不锈钢材料的传导、水温度的提升吸热。  
  水的表面积与空气对流散热功率损耗P1=ME1T△。  
  M表示饮水槽水的表面积,通过计算为1.2平方米。  
  E1表示1平方米温度差为1度时的散热系数。  
  T△表示水的表面积温度与水槽外环境的温度差。  
  水的表面积蒸发吸热主要和风速、水的表面积、温度差是正比例关系。当风速一定时P2=ME2T△。  
  水与不锈钢材料的热传导也和水的表面积、温度差都有正比例关系,定义为P3=M3E3T△(M3≈2M)。  
  以上的E1、E2、E3查资料系数都比较小又不好选择,我们推导以下公式:P1+P2+P3=ME1T△+ME2T△+M3E3T△=MT△(E1+E2+2E3)即总的水槽散热功率P=MT△(E1+E2+2E3)我们将(E1+E2+2E3)定义为总的散热系数,当加热器的功率P电=P=MT△(E1+E2+2E3)时,我们定义总的散热系数为平衡散热系数即E平,由于查找各分项散热系数不好确定,我们可以根据实际经验取E平,有下列公式P电=P=MT△(E1+E2+2E3)=MT△E平。  
  通过在内蒙古呼和浩特、多伦现场及冷库内试验测试得出的多组实际经验数据是:6牛位加热功率是600瓦的饮水器,外界温度为-20℃,水槽内液位高度20厘米的时候,水槽内水温度为5℃;外界温度为-15℃时,水槽内水温度为10℃等等;所以有:  
  600=1.2×25E平E平=600÷1.2÷25=20瓦因此,如果外界温度为-20℃,水槽内液位高度20厘米的时候,要让水槽内水温度为10℃,即温度差为30℃时,则水槽加热功率要增大到720瓦,才能维持平衡;高于平衡功率的部分用来加热饮水槽内的水温达到要求的水温。

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