і пр.
Виходячи з фізичних уявлень, легко прийти до висновку, що віддача тепла конвекцією значною мірою залежатиме від фізичних властивостей середовища (Теплопровідності, в'язкості, теплоємності, щільності), від обтічності тіла, т. е. від його геометричної форми і розташування в просторі, від швидкості руху частинок навколишнього середовища близько нагрітої поверхні і від ступеня шорсткості останньої. Далі, оскільки фізичні властивості середовища залежать від температури, то й віддача тепла конвекцією буде залежати від температури середовища і перевищення температури нагрітої поверхні щодо середовища.
Тепловим випромінюванням (випромінюванням) називають явище переносу теплової енергії електромагнітними хвилями. Як буде видно з подальшого, теплообмін випромінюванням між нагрітими поверхнями залежить від температури поверхонь, від розмірів, геометрії, обробки та їх взаємного розташування, від фізичних властивостей матеріалу.
Зовнішня поверхню нагрітого тіла випромінює тепло на навколишні поверхні, що мають меншу температуру, ніж поверхня нагрітого тіла, при цьому ми будемо припускати, що газове середовище, наприклад повітря, що розділяє поверхню нагрітого тіла від поверхонь, що сприймають теплові промені, повністю прозора для останніх.
При розрахунках часто передбачається, що температура навколишнього повітря практично дорівнює температурі поверхонь, що сприймають теплове випромінювання нагрітої поверхні.
Рідини і тверді тіла практично не пропускають теплових променів, отже, в рідких середовищах має місце лише конвективний теплообмін. Слід підкреслити, що фізична природа всіх трьох способів передачі тепла зовсім різна.
Застосування формули Ньютона для розрахунку віддачі тепла з зовнішньої поверхні навколишнього середовищі (рідини, газу)
У електротехнічної практиці дуже часто доводиться розраховувати перевищення температури зовнішньої поверхні щодо температури рідкої або газоподібного середовища, що омиває нагріту поверхню. У цих випадках виявляється дуже зручною широко відома формула Ньютона
(6.25)
тут потужність, що віддається конвекцією і випромінюванням довкіллю, Вт;
нагріта поверхню, м 2 ;
температура поверхні, В° С;
температура навколишнього середовища
коефіцієнт тепловіддачі, що враховує в загальному випадку віддачу тепла конвекцією та випромінюванням, вт/м 2 - град . Коефіцієнт тепловіддачі чисельно дорівнює потужності, віддається нагрітої поверхнею навколишньому середовищі при різниці температур між нагрітої поверхнею і навколишнім середовищем, рівної
(6.26)
У Відповідно до зазначених факторами, від яких залежить віддача тепла конвекцією та випромінюванням, слід підкреслити, що коефіцієнт тепловіддачі залежить від фізичних постійних (Питомої ваги, теплопровідності, в'язкості, теплоємності), рідкої або газоподібного середовища, що сприймає тепло від нагрітого тіла, або навпаки, що віддає тепло твердому тілу, від форми і розташування тіла в рідкому або газоподібному середовищі, від стану поверхонь і т.д.
Практичний інтерес представляє розрахунок нагріву котушок електричних апаратів. На основі великої кількості дослідів, проведених з різними циліндричними котушками, можна запропонувати наступні приблизні вирази для визначення коефіцієнта тепловіддачі:
для випадку, коли топлообміну котушок лежить в межах формула для коефіцієнта
тепловіддачі має вигляд
В
(6.27)
для випадків, коли
В
(6.28)
Формула може бути подана у іншому вигляді:
(6.29)
і формально має такий же вигляд, як і формула закону Ома для електричного струму. Тому знаменник в цій формулі
В
часто називають опором тепловому потоку при переході від поверхні S до навколишнього середовища, при цьому мається на увазі, що перевищення температури не змінюється в часі.
Застосування формули Ньютона для розгляду встановлюється процесу нагріву тіла від джерел тепла, розташованих усередині тіла
Нехай всередині тіла діє джерело тепла постійної потужності Р. Введемо наступні припущення:
температура тіла в будь-який момент часу однакова у всіх точках об'єму тіла;
теплоємність тіла З не залежить від температури;
коефіцієнт тепловіддачі практично не залежить від перевищення температури і однаковий по всій поверхні тіла.
За час енергія, що генерується в тілі, буде витрачатися на підвищення температури тіла а частина її буде віддаватися в навколишнє середовище:
В
(6.30)
Отже, рівняння процесу нагріву тіла
(6.31)
Приватн...
