7.3 Способы передачи тепла внутри нагретых тел и с их поверхности

Различают три вида передачи тепла: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение.

Теплопроводность – процесс распространения тепла между непосредственно соприкасающимися частицами, обусловленный тепловым движением молекул или атомов вещества, а в металлах свободных электронов.

Конвенция - процесс переноса тепла связанный с перемещением микрообъемов нагретого газа или жидкости (естественная и искусственная).

Лучеиспускание - процесс отдачи части тепла нагретого тела в окружающее пространство, путем излучения электромагнитных колебаний (ультрафиолетовых, световых и инфракрасных лучей).

7.4. Установившийся режим нагрева

Процесс нагрева считается установившимся, если с течением времени температура аппарата и его частей не изменяется.

Расчёт сечения неизолированного проводника. Сопротивление круглого проводника

где: ρ.- удельное сопротивление материала при 0°С; d - диаметр проводника; l - его длина; α - температурный коэффициент сопротивления; - допустимая температура в номинальном режиме.

,

где - удельный обобщенный коэффициент теплоотдачи.

Выбирая диаметр с некоторым запасом, рассчитываем коэффициент добавочных потерь и окончательную проверку

для проводников прямоугольного сечения (шин)

где а и b - стороны сечения.

Из конструктивных соображений и из условий механической прочности задаются соотношением (в пределах 3 – 10) и

Определив затем а, находят и проводят проверку с учетом этого коэффициента.

Нагрев изолированных токоведущих частей. Результирующее тепловое сопротивление

где: - температура поверхности проводника; -температура окружающей среды; - тепловой поток в единицу времени через боковую поверхность; - тепловое сопротивление изоляции; -тепловое сопротивление перехода от наружной стенки к окружающей среде; D - диаметр изоляции; λ - удельная теплопроводность изоляционного материала.

Нагрев катушек.

,

где - превышение температуры (тах. значение).

,

где: -мощность потерь в единице объема катушки; - внутренний радиус катушки; -внешний радиус катушки; - высота катушки;- средний радиус.

Максимальная температура провода

7.5 Нагрев аппаратов в переходных режимах

Процесс нагрева и охлаждения аппаратов описывается уравнениями энергетического баланса.

Различают кратковременный режим работы, перемежающийся и повторно-кратковременный.

Нагрев при кратковременном режиме работы. Кратковременный - режим работы аппарата, когда при включении температура его не достигает установившейся.

Время

,

где: Т - время, в течение которого тело нагрелось бы до установившейся температуры при условии отсутствия отдачи тепла в окружающую среду; - допустимое значение температуры токоведущих частей; -установившееся значение превышения температуры при токе допустимом кратковременного режима

; ;

Для характеристики кратковременного режима вводится понятие коэффициента перегрузки

.

Перемежающийся и повторно-кратковременный режимы работы. Наиболее общим является перемежающийся режим, когда после кратковременного нагрева аппарата величина тока падает и температура его снижается.

По прошествии некоторого времени максимальные превышения температуры и минимальные превышениясоседних циклов станут одинаковыми.

,

где - время первого цикла установившегося тока

Частным случаем перемежающегося режима является повторно-кратковременный режим, при котором ,

Для характеристики повторно-кратковременного режима вводится понятие - продолжительность включения ПВ или ПВ%:

где - время цикла.

С учетом коэффициента перегрузки по току

.