Эффект близости

Возьмем два параллельных проводника, обтекаемых пере­менным током. В том случае, когда проводники обтекаются токами резных направленный (рис 6, а), ближние слои (а. а₁) проводников охватываются меньшим магнитным потоком (Ф₁ <Ф₂) чем удаленные слои (b, b₁). Индуктивность слоев, охваченных меньшим потоком, меньше: и сопротивление меньше сопpoтивления параллельных, более удаленных слоев. Плотность тока в ближних слоях будет большей (рис.6. в, кривая 2). При токах одного направления (рис. 6. б) меньшим магнитным потоком охватываются более удаленные слои проводников (Ф₂ <Ф₁). Плотность тока будет большей в удаленных слоях (рис 6,.г.)

Эффект неравномерного распределения тока по сечению проводника, обуслов­ленный близостью второго проводника с током, называется эффектом близости. Как и поверхностный эффект, он ведет к увеличению потерь мощности в про­воднике, которые учитываются коэффициентом близости к_б.

Рисунок 6 - К пояснению явления эффекта близости

1 -распределение тога при бесконечно большом расстоянии между шинами;

2-то же при близком расположении шин (обусловлено поверхностным эффектом)

Потери в деталях из магнитных материалов.

В магнитных материалах, магнитопроводах, находящихся в переменном магнитном поле, возникают потери

Р_СТ=Р_в + Р_г,

обусловленные появлением вихревых токов Р_в и явлением гисте­резиса Р_г соответственно. Потери приводят к нагреву магнитопровода.

Рисунок 7 - Схема возникновения вихревых токов (а) и направление шихтовки

магнитопроводов (б).

Схема возбуждения вихревых то­ков показана на рисунке 7 а. Они ин­дуцируются основным переменным магнитным потоком, охватывая его. В свою очередь вихревые токи созда­ют магнитные потоки, которые в каждый данный момент направлены навстречу основному потоку, ослабляя его. Для снижения потерь от вихревых токов магнитопроводы выполняют шихтован­ными (рис.7,б), т. е. наборными из электрически изолированных пластин толщи­ной 0,2-0,5 мм. Пластины располагают вдоль магнитных линий, разрезая контур вихревого тока и увеличивая тем самым сопротивление ему, что приводит к снижению значения вихревого тока. Чем тоньше пластины, тем меньше вихревые токи.

Для уменьшения потерь от гистерезиса, следует применять магнитомягкие стали, т.е. такие стали, которые имеют более узкую гистерезисную петлю.

Потери в магнитопроводах аппаратов при переменном потоке могут быть подсчитаны по формуле,

Где

• σ_в и σ_г - коэффициенты для потерь на вихревые токи и гистерезис;
• f - частота;
• В - индукция.

Передача теплоты всегда идет от более нагретых тел к менее нагретым и происходит до тех пор, пока температура тел не сравняется. Чем выше темпе­ратура нагретого тела, тем интенсивнее будет происходить передача теплоты;

Различают три вида передачи теплоты - теплопроводностью, конвекцией, тепловым излучением.

Теплопроводность - это свойство материала передавать теплоту от более нагретых мест к менее нагретым. Передача теплоты может происходить внутри одного тела, между двумя соприкасающимися телами и между двумя телами, разделенными третьим.

Количество теплоты Q. проходящей в единицу времени t от более нагретого участка к менее нагретому, пропорционально сечению S через которую передается теплота, перепаду температуры

в направлении перпендикулярном площадке, и зависит от теплопроводящих свойств среды λ:

Где

δ - толщина стенки (рис.8).

Рисунок 8 - Передача теплоты через плоскую стенку (теплота распространяется только в одном направлении)

Теплопроводящие свойства среды характеризуются коэффициентом теплопроводности, численно равным количеству теплоты, проходя­щей через площадку 1 м² в течение 1 с при перепаде температуры 1 К/м. Этот коэффициент обозначается λ и измеряется в ваттах на метр-Кельвин. Если два тела А и В с температурами Θ₁ и Θ₂ разделены третьим (плоской стенкой) с теплопроводностью λ и если считать, что теплота распространяется только в одном направлении, то изменение температуры в стенке происходит по прямой (рис. 2-4).

Конвекция.

Газ или жидкость, соприкасающиеся с поверхностью нагретого тела, нагреваются у этой поверхности. Нагрев соприкасающихся слоев происходит за счет теплопроводности. Нагретые слои становятся легче соседних, более холод­ных слоев окружающей среды, поднимаются вверх, уносят отобранную от нагретого тела теплоту. Указанный физический процесс и носит название теплоотдачи через конвекцию.

Если скорость движения частиц охлаждающей среды определяется только степенью их нагрева у поверхности горячего тела, то конвекция называется естественной.

Если скорость движения частиц охлаждающей среды задается принудительно (при помощи вентиляторов, насосов), то конвекция называется искусственной.

Как при естественной, так и при искусственной конвекции движение газа (жидкости) может быть ламинарным, или турбулентным.

Ламинарным называется такое движение, при котором частицы газа (жидкости) движутся параллельно. Ламинарное движение имеет обычно малую скорость. С ростом скорости характер движения жидкости изменяется, элементарные струйки перестают двигаться по параллельным траекториям и начинают завихляться. Их движение становится турбулентным (вихревым).

Переход от ламинарного движения в турбулентное происходит для данного газа (жидкости) при некоторой скорости, называемой критической. В области ламинарного движения теплота, снятая с нагретого тела погранич­ным слоем, частично уносится этим слоем, а частично теплопроводностью пере­дается соседним слоям. Чем дальше слой от поверхности нагретого тела, тем меньше он участвует в теплосъеме. При турбулентном движении за счет переме­шивания с нагретой поверхностью соприкасается гораздо больше жидкости (газа), снятая теплота интенсивнее передается всему потоку охлаждающей среды. В итоге и съем теплоты с нагретой поверхности идет намного интенсивнее, чем при ламинарном движении.

Количество теплоты, отдаваемой конвекцией за время t,

Где

• k_к — коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м²К):
• Θ₁ - температура нагре­того тела, К;
• Θ₂ - температура охлаждающей среды, К;
• F - поверхность тепло­отдачи. м².

Коэффициент теплоотдачи конвекцией k_к, определяет количество теплоты которая отдается в секунду с 1 м² нагретой поверхности при разности температур поверхности и охлаждающей среды 1 К.

Он зависит от многих факторов, главные из которых - скорость движения и теплоемкость охлаждающей среды, температура поверхности и среды, геометрические размеры нагретой поверхности.

Дата добавления: 2013-12-12