Электрические аппараты
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
редственно от одной части тела к другой (в чистом виде явление теплопроводности имеет место в твердых телах).
Конвекцией называют явление переноса тепловой энергии путем перемещения частиц жидкости или газа; явление конвекции всегда сопровождается явлением теплопроводности.
Различают естественную (свободную) конвекцию, когда движение частиц окружающей среды у нагретой поверхности обусловлено разностью плотностей нагретых и холодных частиц жидкости или газа, и вынужденную конвекцию, когда движение частиц окружающей среды происходит в результате действия вентилятора, насоса или ветра и пр.
Исходя из физических представлений, легко прийти к выводу, что отдача тепла конвекцией в значительной мере будет зависеть от физических свойств среды (теплопроводности, вязкости, теплоемкости, плотности), от обтекаемости тела, т. е. от его геометрической формы и расположения в пространстве, от скорости движения частиц окружающей среды около нагретой поверхности и от степени шероховатости последней. Далее, поскольку физические свойства среды зависят от температуры, то и отдача тепла конвекцией будет зависеть от температуры среды и превышения температуры нагретой поверхности относительно среды.
Тепловым излучением (лучеиспусканием) называют явление переноса тепловой энергии электромагнитными волнами. Как будет видно из дальнейшего, теплообмен излучением между нагретыми поверхностями зависит от температуры поверхностей, от размеров, геометрии, обработки и их взаимного расположения, от физических свойств материала.
Наружная поверхность нагретого тела излучает тепло на окружающие поверхности, имеющие меньшую температуру, чем поверхность нагретого тела, при этом мы будем предполагать, что газовая среда, например воздух, разделяющая поверхность нагретого тела от поверхностей, воспринимающих тепловые лучи, полностью прозрачна для последних.
При расчетах часто предполагается, что температура окружающего воздуха практически равна температуре поверхностей, воспринимающих тепловое излучение нагретой поверхности.
Жидкости и твердые тела практически не пропускают тепловых лучей, следовательно, в жидких средах имеет место только конвективный теплообмен. Следует подчеркнуть, что физическая природа всех трех способов передачи тепла совершенно различна.
Применение формулы ньютона для расчета отдачи тепла с наружной поверхности окружающей среде (жидкости, газу)
В электротехнической практике весьма часто приходится рассчитывать превышение температуры наружной поверхности относительно температуры жидкой или газообразной среды, омывающей нагретую поверхность. В этих случаях оказывается весьма удобной широко известная формула Ньютона
(6.25)
здесь мощность, отдаваемая конвекцией и лучеиспусканием окружающей среде,Вт;
нагретая поверхность, м2;
температура поверхности, С;
температура окружающей среды
коэффициент теплоотдачи, учитывающий в общем случае отдачу тепла конвекцией и лучеиспусканием, вт/м2 - град. Коэффициент теплоотдачи численно равен мощности, отдаваемой нагретой поверхностью окружающей среде при
разности температур между нагретой поверхностью и окружающей средой, равной
(6.26)
В соответствии с отмеченными факторами, от которых зависит отдача тепла конвекцией и лучеиспусканием, следует подчеркнуть, что коэффициент теплоотдачи зависит от физических постоянных (удельного веса, теплопроводности, вязкости, теплоемкости), жидкой или газообразной среды, воспринимающей тепло от нагретого тела, или наоборот, отдающей тепло твердому телу, от формы и расположения тела в жидкой или газообразной среде, от состояния поверхностей и т. д.
Практический интерес представляет расчет нагрева катушек электрических аппаратов. На основе большого количества опытов, проведенных с различными цилиндрическими катушками, можно предложить следующие приблизительные выражения для определения коэффициента теплоотдачи:
для случая, когда теплоотдающая поверхность катушек лежит в пределах формула для коэффициента
теплоотдачи имеет вид
(6.27)
для случаев, когда
(6.28)
Формула может быть представлена в ином виде:
(6.29)
и формально имеет такой же вид, как и формула закона Ома для электрического тока. Поэтому знаменатель в этой формуле
часто называют сопротивлением тепловому потоку при переходе от поверхности S к окружающей среде, при этом имеется в виду, что превышение температуры не изменяется во времени.
Применение формулы ньютона для рассмотрения устанавливающегося процесса нагрева тела от источников тепла, расположенных внутри тела
Пусть внутри тела действует источник тепла постоянной мощности Р. Введем следующие предположения:
температура тела в любой момент времени одинакова во всех точках объема тела;
теплоемкость тела С не зависит от температуры;
коэффициент теплоотдачи практически не зависит от превышения температуры и одинаков по всей поверхности тела.
За время энергия, генерируемая в тел?/p>