Efficiency analysis of a solar cooker/zh

这是基于热力学第一定律和热力学第二定律对太阳能灶的效率进行分析，同时解释了如何计算任何设备的烹饪功率。

根据热力学第一定律^[1]

能量输入=能量输出+能量损失{\displaystyle {\text{能量输入}}={\text{能量输出}}+{\text{能量损失}}}

太阳灶的能量输入可以按如下方式计算：

埃我=我吨×一个sc{\displaystyle E_{i}=I_{t}\times A_{sc}}

其中：
E _i是能量输入，单位为 W
I _t = 照射到被加热的太阳空气平面上的太阳能总量，单位为 W/m ²
A _sc是太阳能灶的表面积，单位为 m ²

太阳灶的能量输出如下所示：

埃o=米瓦c页瓦（电视瓦f−电视瓦我）吨{\displaystyle E_{o}={{m_{w}c_{pw}(T_{wf}-T_{wi})} \over t}}

其中：
E _o是能量输出，单位为 W
m _w是水的质量，单位为 kg
c _pw = 水的比热，单位为 J/kgK
A _sc是太阳能灶的表面积，单位为 m ²
T _wi是水的初始温度，单位为 K
T _wf是水的最终温度，单位为 K
t 是时间，单位为秒

太阳灶的能源效率如下图所示：

η=能量输出能量输入=埃o埃我=[米瓦c页瓦（电视瓦f−电视瓦我）]/吨我吨×一个sc{\displaystyle \eta ={{\text{能量输出}} \over {\text{能量输入}}}={E_{o} \over E_{i}}={{[m_{w}c_{pw}(T_{wf}-T_{wi})]/t} \over {I_{t}\times A_{sc}}}

根据热力学第二定律^[2]

能量输入=能量输出+不可逆性{\displaystyle {\text{火用输入}}={\text{火用输出}}+{\text{不可逆性}}}

太阳灶的能量输入可以按如下方式计算：

Ξ我=我b[1−（电视o/电视s）（4/3）]{\displaystyle \Xi _{i}=I_{b}[1-(T_{o}/T_{s})(4/3)]}

其中：
能量输入，单位为 W/m ²
c _pw = 水的比热，单位为 J/kgK
To为室外温度，单位为 K _T
s_为太阳表面温度，单位为 K

太阳灶的火用效率可按下式计算：

Ψ=能量输出能量输入=Ξo˙Ξ我˙=米瓦c页瓦[（电视瓦f−电视瓦我]−电视o在⁡（电视瓦f/电视瓦我）]/吨我b[1−（电视o/电视s）（4/3）]一个sc{\displaystyle \Psi ={{\text{火用输出}} \over {\text{火用输入}}}={{\dot {\Xi _{o}}} \over {\dot {\Xi _{i}}}={{m_{w}c_{pw}[(T_{wf}-T_{wi}]-T_{o}\ln(T_{wf}/T_{wi})]/t} \over {I_{b}[1-(T_{o}/T_{s})(4/3)]A_{sc}}}

其中：
A _sc是太阳灶的入射面积

太阳灶收集阳光的能力与收集器垂直于入射辐射的投影面积直接相关。

烹饪功率

^{ASAE S580 [3]}使用的主要参考测量方法是烹饪功率，可以按 10 分钟为间隔按如下方式计算：

磷=米碳（电视2−电视1）600{\displaystyle P={{MC(T_{2}-T_{1})} \over 600}}

其中：
M 为水的质量（单位为千克）
C 为水的比热容（单位为焦耳/千克·K）
T ₁为每个间隔开始时的水温（单位为千克）
T ₂为每个间隔结束时的水温（单位为千克）

该温度变化是在 10 分钟的间隔内检测到的，因此将上述等式除以 600 秒。

参考

页面数据

作者	罗汉姆
执照	CC-BY-SA-4.0
语言	英语(en)
翻译	土耳其语、韩语、西班牙语、法语
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创建	八月 4, 2022作者：佩德罗·克拉赫特
上次修改时间	2023 年6 月 23 日，作者：Irene Delgado
引用	Rohanm (2022–2023)。“太阳能炊具的效率分析”。Appropedia 。检索日期：2024 年 11 月 14 日。
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