Теплопровідність, конвекція, теплопередача

Теплопровідність – це властивість матеріалу передавати тепло-ту від більш нагрітих місць до менш нагрітих. Передача теплоти може відбуватися всередині одного тіла, між двома дотичними тілами і між двома тілами, розділеними третім.

Кількість теплоти Q , що проходить за одиницю часу t від більш нагрітої ділянки до менш нагрітої, пропорційна площадці (перерізу) S, через яку передається теплота, перепаду температури (Θ₁–Θ₂)/δ в напрямку, перпендикулярному площадці, і залежить від теплопровід-них властивостей середовища λ:

де δ – товщина стінки (рис.29).

Рис.29. Передача теплоти через плоску стінку (теплота поширюється тільки в одному напрямку); (Ф₀ – густина теплового потоку)

 

Теплопровідні властивості середовища характеризуються коефі-цієнтом теплопровідності, який чисельно дорівнює кількості теплоти, що проходить через площадку 1 м² протягом 1 секунди при перепаді температури 1 К/м. Цей коефіцієнт позначають λ і вимірюють у Ватах на метр – кельвін.

Конвекція. Газ чи рідина, що стикаються з поверхнею нагрітого тіла (апарата), нагріваються з цієї поверхні. Нагрівання дотичних шарів відбувається за рахунок теплопровідності. Нагріті шари – легші, ніж сусідні, більш холодні шари навколишнього середовища, – піднімаються вгору, несуть відібрану від нагрітого тіла теплоту. Зазначений фізичний процес називається тепловіддачею через конвекцію.

Якщо швидкість руху часток охолоджуючого середовища визначають тільки ступенем їхнього нагрівання на поверхні гарячого тіла, то конвекція називається природною.

Якщо швидкість руху часток охолоджуючого середовища задається примусово (за допомогою вентиляторів, насосів), то конвекція називається штучною.

Кількість теплоти, що віддається конвекцією за час t,

де k_тк – коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, Вт/(м²∙К); Θ₁ – температура нагрітого тіла, К; Θ₂ – температура охолоджуючого середовища, К, F – поверхня тепловіддачі, м².

Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією k_тк визначає кількість теплоти, котру віддає за секунду 1 м² нагрітої поверхні при різниці температур нагрітого тіла й охолоджуючого середовища 1 К. Він залежить від багатьох факторів, головні з яких – швидкість руху і теплоємність охолоджуючого середовища, температура поверхні й середовища, геометричні розміри нагрітої поверхні.

Теплове випромінювання. Випромінювання – це процес переносу теплової енергії від нагрітого тіла до тіл, що розташовані в навколишньому просторі. Процес здійснюється електромагнітними коливаннями з різною довжиною хвилі. Найбільше переносять теплову енергію інфрачервоні промені (довжина хвилі 0,8 ÷ 40 мкм), менше – світлові промені (довжина хвилі 0,4 ÷ 0,8 мкм).

Фізичні властивості теплових і світлових променів подібні. І ті й інші поширюються зі швидкістю світла, здатні переломлюватися і відзеркалюватися при зустрічі з якимись поверхнями.

Поверхню, що відбиває від себе всі падаючі на неї промені, називають абсолютно білою поверхнею. Поверхню, що повністю поглинає всі падаючі на неї промені, називають абсолютно чорною. Випромінювальна здатність інших тіл порівнюється з випроміню-вальною здатністю абсолютно чорного тіла як еталоном.

Кількість теплоти, що випромінюється з поверхні нагрітого тіла за секунду, визначають формулою

де k_л – коефіцієнт випромінювання, Вт/(м²∙К⁴); Θ₁ – температура нагрітого тіла, К; Θ₂ – температура тіл, на які падають промені, К.

Тепловіддача в сталому режимі. Тепловіддача з поверхні тіла звичайно відбувається одночасно конвекцією й тепловим випроміню-ванням. При цьому важко встановити, яка частина теплоти передає-ться в навколишнє середовище тим чи іншим видом тепловіддачі, тому вводять поняття коефіцієнта тепловіддачі k_Т.

Коефіцієнт тепловіддачі k_Т визначає кількість теплоти, котру віддає до навколишнього середовища за 1 секунду всіма видами тепло-віддачі з 1 м² тепловіддаючої поверхні при різниці температур нагріто-го тіла й навколишнього простору 1 кельвін. Коефіцієнт тепловіддачі вимірюють у Вт/(м²∙К).

Нагрівання котушок

Котушка електричних апаратів складається з провідника, ізо-ляції і прошарків повітря чи просочуючого матеріалу (лак, компаунд). Теплота, що виділяється по всьому обсягу котушки, має проходити до поверхні через матеріали з різною теплопровідністю. У середині котушки температура буде вищою, ніж на поверхні. Чим щільніша котушка, то краща теплопровідність між шарами тим меншою буде різниця температур між зовнішньою поверхнею і внутрішніми шарами. Просочення і компаундування підвищують загальну тепло-провідність котушки, а тим самим і тепловіддачу на 5÷10 ^оС.

Різні ділянки поверхні котушки по-різному беруть участь у теп-ловіддачі. Зовнішня бічна поверхня, як правило, буває відкритою і є основною тепловіддаючою поверхнею. Тепловіддача з неї відбуваєть-ся головним чином за рахунок природної конвекції. Всередині котуш-ки проходить осердя. Через малі зазори між осердям і котушкою кон-векція тут утруднена, але коли осердя щільно прилягає до котушки, то тепловіддача з внутрішньої поверхні котушки йде за рахунок тепло-провідності. Тепловіддача залежить від щільності притискання котуш-ки до осердя, від розміру тепловіддаючої поверхні магнітопроводу. Торцеві поверхні котушки звичайно закриті ізоляційними кріпильни-ми деталями з низькою теплопровідністю. У довгих котушках тепло-віддачею з торців нехтують, в коротких котушках її слід урахувати.

Розподіл температури котушкою нерівномірний як у радіальному напрямку, так і за висотою. Точний розрахунок розподілу температури пов'язаний із великими труднощами.

де і₀ і R₀ – струм і опір холодної котушки;  являє собою деяку еквівалентну поверхню, що враховує ступінь участі зовнішньої, внутрішньої і торцевої ділянок поверхні в тепловіддачі (тут β₁ і β₂ – експериментальні коефіцієнти). Для котушок контакторів і реле постійного струму рекомендують: β₁ = 0,9 – для безкаркасних бандажованих котушок; β₁ = 1,7 – для котушок, намотаних на трубу; β₁ = 2,4 – для котушок, намотаних на осердя, β₂ = 0.

У дійсності розподіл температури вздовж радіуса котушки буде мати характер, обумовлений кривою (рис.30). Десь усередині котушки на відстані r_м перевищення температури буде максимальним τ_max, на зовнішній і внутрішній поверхнях – відповідно τ₁ і τ₂. Максимальна температура значно перевищує температуру на зовнішній поверхні і небагато перевищує середню температуру котушки.

 

Рис.30. Розподіл температури τ по котушці, h –висота котушки, r –радіус

Питання до самоперевірки

1. Що називається електричним контактом?

2. Що таке контакт-деталь?

3. Що називають фрітінгом при електричному контактуванні в тягових електричних апаратах?

4. Проаналізуйте процес електричного контактування двох контакт-деталей електричного апарата.

5. Проаналізуйте чисто металеве контактування двох контакт–деталей.

6. Обґрунтуйте існування трьох видів контактів за формою контактування.

7. Приведіть класифікацію контактів тягових апаратів за призначенням.

8. Які існують з’єднувальні контакти електричних апаратів?

9. Які існують різновиди комутуючих контактів електричних апаратів?

10. Проаналізуйте призначення головних і дугогасних комутуючих контактів.

11. Чим обумовлений опір стягування електричного контакту?

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться: