Понятие о видах теплообмена

ПРОСТЕЙШИЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПРЕВЫШЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

ПРИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ

Т0К0ВЕДУЩИЕ ЧАСТИ АППАРАТОВ

ИЗОЛИРОВАННЫЕ И НЕИЗОЛИРОВАННЫЕ

Короткое замыкание в электроустановках сопровождается про­теканием по проводникам токов, значительно превышающих токи нормального рабочего режима. Так как длительность протекания токов короткого замыкания измеряется обычно от долей до единиц секунд, то естественно, что и допустимые температуры в конце короткого замыкания могут быть значительно выше температур, допускаемых при длительной нормальной работе.

В настоящее время довольно широко распространено мнение о нецелесообразности ограничения каким-либо ГОСТом темпера­тур при коротких замыканиях, и взамен этого предлагается предъяв­лять требования к аппарату: быть пригодным к даль­нейшей эксплуатации после протекания тока короткого замыкания данной длитель­ности

(1 сек, 5 сек и т. д.). Для лучшей ориентировки при проек­тировании электрических аппаратов приведем предельно допустимые температуры в конце короткого замыкания, которые обычно прини­маются за основу при расчете устойчивости электрических аппара­тов при коротких замыканиях:

а)для медных проводников неизолированных или покрытых изоляцией органического происхождения —250° С;

б)для алюминиевых проводников как изолированных, так и не­
изолированных —200° С;

в)для медных проводников, покрытых изоляцией неорганиче­ского происхождения —350° С.

При таких больших температурах слой изоляции, непосредст­венно прилегающий к проводнику, повреждается; однако срок службы аппарата, как показывает опыт, все-таки остается довольно большим и экономически приемлемым.

Следует отметить, что при таких температурах, как 200–350^о С, особое внимание при проектировании электрических аппаратов должно быть уделено уменьшению механической прочности и температурным деформациям частей электрических аппаратов во избежание неудовлетворительной работы последних.

При наличии разницы температур в теле в нем происходит процесс выравнивания температур из-за потока тепла от мест с более высокой температурой к местам с более низкой температу­рой.

По аналогичной причине происходит выравнивание температур двух тел, имеющих разные температуры и находящихся в непосредственном соприкосновении или разделенных друг от друга какой-либо средой (газом, жидкостью и др.). Процесс переноса тепла называется теплообменом или теплоотдачей. Различают три спо­соба теплообмена: теплопроводность, конвекция, тепловое излучение.

Теплопроводностью называют явление пере­носа тепловой энергии непосредственно 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.

Дата добавления: 2014-11-29