Электрические аппараты

Методическое пособие - Физика

Другие методички по предмету Физика

µ, будет расходоваться на повышение температуры телаа часть ее будет отдаваться в окружающую среду:

 

 

(6.30)

 

Следовательно, уравнение процесса нагрева тела

(6.31)

 

 

Частное решение последнего уравнения

 

(6.32)

 

Общее решение дополнительного уравнения

 

 

(6.33)

 

будет

 

 

(6.34)

 

 

где А постоянная интегрирования, определяемая условиями задач.

 

Величина равная отношению полной теплоемкости С тела к его теплоотдающей способности называется постоянной времени.

Общее решение уравнения:

 

 

(6.35)

 

Для определения постоянной А используем следующее условие: при

 

 

должно быть значит

 

 

(6.36)

 

Подставляя полученное выражение, будем иметь

 

 

(6.37)

На рис.6.6 представлено графическое изображение последнего выражения, из которого видно, что при t = со

 

 

(6.38)

 

Откуда следует, что

 

 

(6.39)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.6.6. Зависимость превышения температуры от времени при нагреве однородного тела

 

Таким образом, т0 равно установившемуся превышению температуры, когда выделяемая мощность Р становится численно равной мощности, отдаваемой в окружающую среду с поверхности нагретого тела (k^0SxJ).

Очевидно

 

 

(6.40)

 

Из (6.39)следует:

 

 

(6.41)

Касательная к кривой

в начале координат отсекает на прямой too отрезок, равный в выбранном масштабе постоянной времени Т.

 

Нетрудно показать, что при

 

 

(6.42)

 

 

На основании этого можно определять постоянную времени Т как время, необходимое для достижения установившегося превышения температуры (см. рис.6.6).

 

 

С точностью можно считать, что процесс установления температуры происходит через время, равное

После отключения аппарата начинается его охлаждение. Так как энергия, подводимая к аппарату, равна нулю, то левая часть также равна нулю:

 

 

(6.43)

 

Решение уравнения (6.43) имеет вид:

 

 

(6.44)

 

где А постоянная интегрирования, равная

 

 

(6.45)

 

Окончательно получаем:

 

 

Основы теории передачи тепла теплопроводностью

 

Основной закон теплопроводности био - Фурье

Основной закон теплопроводности математически описывается выражением

 

 

(6.46)

 

 

Здесь: количество тепла, передаваемое за время dt

 

через площадку S в направлении нормали к последней;

производная от температуры вдоль нормали (п) к

площадке S;

 

коэффициент теплопроводности {вт/мС).

Знак () показывает, что тепло передается в направлении убывания температуры вдоль нормали (п) к площадке (S).

Поделив обе части равенства на dt, получим количество тепла, проходящее в единицу времени через площадку S

 

 

(6.47)

 

 

Производная является тепловым потоком через площадку S. Отношение

 

 

(6.48)

 

представляет собой плотность теплового потока в какой-либо точке на поверхности S. Таким образом, равенство можно написать в следующем виде

 

 

(6.49)

Передача тепла теплопроводностью сквозь толщу стенки, ограниченную двумя плоскостями

 

Рассмотрим простейшие случаи, когда тепловой поток Ф и его плотность Ф0 не изменяются во времени (стационарное состояние) и в пространстве.

Такой случай может иметь место при наличии стенки толщиной б, ограниченной двумя параллельными плоскостями и разделяющей две среды (жидких или газообразных) с различными температурами (рис. 6.7).

Пусть температура fli на всем протяжении одной стороны стенки 1 будет больше, чем температура Ь2 на противоположной стороне. Предполагая, что площадь стенки достаточно велика (теоретически не ограничена), можно предположить, что поверхности с одинаковой температурой (изотермические поверхности) в толще стенки будут представлять собой плоскости, параллельные граничным поверхностям, имеющим постоянные (но различные) температуры на всем протяжении каждой поверхности. При этом естественно, что изменение температуры будет происходить только в направлении нормали к поверхности стенки. Вследствие этого, направляя ось ординат вдоль стенки 1, ось абсцисс вдоль нормали к поверхности стенки, и заменяя букву п буквой х в равенстве можно написать:

 

 

 

 

Этому дифференциальному уравнению соответствуют следующие граничные условия:

 

 

 

 

Решением уравнения будет

 

(6.50)

 

 

Для определения Сх используем условие:

т. е.

 

 

Из последнего равенства следует, что температура в стенке изменяется по закону прямой.

Используя условие получим:

т. е.

 

 

(6.51)

 

 

 

где падение (перепад) температуры в толще стенки при данной плот?/p>