Коэффициентов теплоотдачи

ограничивается возможностями электромагнитного расчета машины, который во многих случаях базируется па упрощенных представлениях. Аналогичным образом ограничена точность задания граничных условий. Значения коэффициентов теплообмена существенно зависят от скорости и режима движения охлаждающих сред, а следовательно, в тепловой расчет неизбежно вносятся все неточности вентиляционного и гидравлического расчета.

Коэффициентный метод расчета тепловых режимоа Чтобы воспользоваться формулой (15.19), необходимо знать численные значения коэффициентов теплообмена, которые часто бывают неизвестны для сложных по конфигурации конструкции, встречающихся в радиоэлектронной аппаратуре. Поэтому в практике конструирования для расчетов тепловых режимов часто используют приближенные коэффициентные методы расчета, позволяющие быстро и с приемлемой погрешностью (порядка 25 — 30%) определить среднеповерхностный перегрев нагретой зоны аппарата.

Если температура воздуха в блоке вблизи входа примерно равна температуре среды, то средние значения температур tB и tK получаются почти одинаковыми и тепловой поток между кожухом и протекающим через блок воздухом (пропорциональный разности этих температур) составляет малую долю тепловых потерь нагретой зоны. Поэтому им можно пренебречь и величину ак.в принять равной средневзвешенному значению коэффициентов теплообмена нагретой зоны

Небольшая абсолютная величина разности температур между поверхностью частиц и газом приводит к тому, что даже незначительные погрешности в измерении дают результаты, отличающиеся друг от друга на... 1000%! Правда, высокая точность в определении коэффициентов теплообмена между фазами не столь уж важна. Ведь даже при самых низких а (порядка 6— 23 Вт/(м2-К))> кипящий слой способен обеспечить практически полное выравнивание температур между газом и частицами уже на расстоянии от решетки, равном 10 диаметрам зерен. Иными словами, межфазовый теплообмен не является лимитирующим фактором в большинстве процессов, осуществляемых в кипящем слое.

Этот же характер зависимости коэффициентов теплообмена от скорости фильтрации газа модели, базирующиеся на теплообмене одиночной частицы с поверхностью, объясняют «противоборством» двух факторов: скоростью движения частиц и порозностью слоя, величина которых увеличивается с ростом скорости газа. И если увеличение скорости движения частиц благотворно отражается на теплообмене, то повышение пороз* ности сказывается отрицательно.

График, представленный на 34, иллюстрирует зависимость максимальных коэффициентов теплообмена

Так гласит теория (правда, простейшая), а что же опыт? Экспериментируя с водородом, воздухом и углекислым газом, И. Вике и Ф. Феттинг, например, получили соотношение коэффициентов теплообмена 3:1:0,75. Для упомянутых газов значения Я, относятся, как 7:1:0,62, а величины Я0'6— как 3,22:1:0,75, т. е. коэффициенты теплообмена примерно пропорциональны теплопроводности газа в степени 0,6. Такие же или близкие к ним результаты были получены многими исследователями.

И снова приходится констатировать, что единого ответа на эти вопросы нет. Но если придерживаться принципа разумного компромисса, то можно сделать выводы о сравнительной (в пределах ±15%) «индифферентности» коэффициентов теплообмена кипящего слоя с поверхностью по отношению к увеличению диаметра теплообменных труб, начиная примерно с 20 мм (наиболее ходовых в производстве размеров), к расположению (вертикальному или горизонтальному) их в слое и, что особенно ценно, к компоновке трубных пучков.

Уравнения для расчета коэффициентов теплообмена со стороны обоих теплоносителей

Дули, обеспечивающие следующие расчеты: теплофизических свойств воды и ьо-дяного пара; теплофизических свойств греющего теплоносителя; коэффициентов линейного расширения и теплопроводности конструкционных материалов; коэффициентов теплообмена со стороны воды/пара; коэффициентов теплообмена со стороны греющего теплоносителя; термического сопротивления теплопередаю-щих труб; условий перехода к ухудшенному теплообмену со стороны воды/пара; градиентов давления по трактам обоих теплоносителей; местных сопротивлений.

Каждая из подпрограмм имеет свою внутреннюю логическую структуру, обеспечивающую выбор необходимых в данный момент соотношений. Например, при расчете коэффициентов теплообмена необходимо учитывать различия в режимах теплосъема в разных зонах ПГ. Наиболее полно отвечает разработанным к настоящему времени зависимостям для коэффициентов теплообмена разбиение на следующие зоны.

ности, конвекции; аккумуляции тепла или их совместного действия (влияние отвода тепла путем излучения приближенно учитывается эквивалентным коэффициентом конвективной теплоотдачи). Термоаккумуляция происходит при неустановившемся процессе нагрева, поэтому в схему замещения включаются «реактивные» элементы в виде тешюемкостей. В общем случае схема замещения может содержать несколько независимых или взаимозависимых источников тепла, соответствующих обмоткам, участкам магнитопровода, токосъемным устройствам и узлам трения ЭМН. На основании тепловых расчетов ЭМН с конкретными системами охлаждения определяется температура или превышение температуры нагретых элементов, что необходимо, например, для выбора класса изоляции обмоток, оценки механических температурных напряжений и т. п. Выбор коэффициентов теплоотдачи производится по рекомендациям, накопленным на основании опыта проектирования и эксплуатации электромеханических преобразователей. Точность тепловых расчетов в значительной мере определяется достоверностью данных о коэффициентах теплоотдачи, а также уровнем детализации эквивалентной тепловой схемы замещения. Уточнение тепловых расчетов может быть достигнуто на основе анализа температурных полей ЭМН.

Расчет коэффициентов теплоотдачи ап для .стенки канала не всегда дает хорошее совпадение с опытными "данными, поэтому предпочтительнее определять ап экспериментально. Определив экспериментально коэффициент теплоотдачи для охлаждаемой поверхности ап, можно рассчитать по (5-1) температурный перепад на этой поверхности.

Упрощенные методы теплового расчета. Методы расчета, основанные на экспериментальном моделировании или на тепловых схемах замещения, как правило, не дают желаемую высокую точность, хотя требуют значительных экспериментальных и расчетных усилий. Это вызвано рядом причин. Процессы теплообмена в электрических машинах сопровождаются сложным характером течения охлаждающего воздуха, связанным с его турбулентностью и вихреобразованием. Получение точных решени-й соответствующих уравнений движения охлаждающего воздуха затруднительно, но даже при наличии таковых расчет сложен и трудоемок. Кроме того, результаты расчета могут не совпадать с действительными температурами отдельных частей электрических машин вследствие влияния неоднородности слоистых изоляционных материалов, трудно учитываемых неизбежных воздушных включений, а также неизбежных, но допустимых технологических отклонений (например, в величине воздушного зазора между сердечником статора и корпусом машины). Поэтому во многих случаях проектирования вполне обосновано применение упрощенных методов теплового расчета, основанных на использовании коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи, полученных по результатам экспериментального исследования значительного количества подобных машин.

В настоящей книге для теплового расчета асинхронных двигателей, машин постоянного тока и -синхронных рекомендованы и применены упрощенные методы теплового расчета. Порядок расчета по этой методике идентичен для всех видов рассматриваемых электрических машин: определяют площади поверхностей охлаждения и удельные тепловые потоки, приходящиеся на единицу этих площадей; затем, зная экспериментальные значения коэффициентов теплоотдачи и теплопроводности, определяют искомые превышения температуры.

Тепловой расчет машины постоянного тока. Расчет проводим по упрощенной методике, изложенной в § 5-3. Начинают с определения потерь при сопротивлениях, приведенных к максимально допускаемой температуре, площадей поверхностей охлаждения и удельных тепловых потоков, приходящихся на единицу этих площадей. Затем с учетом установленных практикой электромашиностроения коэффициентов теплоотдачи и теплопроводности определяют превышения температуры обмоток и коллектора.

Для составления тепловой схемы замещения всю тепловую систему мапины с непрерывно распределенными тепловыми источниками и тепловыми параметрами заменяют эквивалентной электрической схемой (сеткой), составленной из внутренних сопротивлений между узловыми точками R-^ и поверхностных сопротивлений Ra. Точность решения увеличивается при увеличении числа узловых точек тепловой схемы. При этом необходимо помнить, что точность теплового расчета определяется не только количеством узловых точек, но в большой степени зависит от точности определения коэффициентов теплоотдачи с поверхностей нагрева, теплопроводности выбранных материалов и других факторов, вносящих неопределенность в исходные данные. Поэтому часто для определения тепловой напряженности отдельных участков или всей машины используют упрощенные тепловые схемы замещения с малым числом узловых точек.

На первоначальной стадии проектирования достаточно достоверную оценку теплового режима двигателя дает приближенный метод теплового расчета, основанный на упрощенном представлении о характере тепловых связей между элементами электрической машины. В нем используют средние значения коэффициентов теплоотдачи с поверхности и теплопроводности изоляции, характерные для определенной конструкции и технологии производства двигателей данного типа.

8.70. Средние значения коэффициентов теплоотдачи с поверхности а\ и подогрева воздуха Og для асинхронных двигателей исполнения IP44:

8.71. Средние значения коэффициентов теплоотдачи с поверхности и подогрева воздуха 0^ для асин-

?ис. 8.75. Средние значения коэффициентов теплоотдачи с поверхности aj фазных роторов асинхронных двигателей с U -= 6000 В исполнения IP23

Средние значения коэффициентов теплоотдачи с расчетных поверхностей машин постоянного тока приведены на 1029 - 10.32,