Коэффициенты теплообмена

Одним из основных параметров стабилизатора является коэффициент стабилизации. Под коэффициентом стабилизации понимают отношение относительного изменения дестабилизирующего фактора к вызванному им относительному изменению стабилизируемой величины. При этом принимается, что все остальные дестабилизирующие факторы не действуют. В зависимости от того, воздействие какого из дестабилизирующих факторов рассматривается, различают коэффициенты стабилизации по напряжению, току, частоте и т. д. В зависимости от того, стабилизируется ток или напряжение, различают стабилизаторы тока или напряжения. Таким образом, более полное определение коэффициента стабилизации будет, например, «коэффициент стабилизации напряжения по частоте» или «коэффициент стабилизации тока по входному напряжению» и т. п. Для краткости часто опускают наименование стабилизируемой величины и говорят: «коэффициент стабилизации по входному напряжению», так как из схемы и постановки задачи обычно ясно, что подлежит стабилизации. Иногда не упоминают, о каком дестабилизирующем факторе идет речь (если это само собой понятно), и тогда говорят «коэффициент стабилизации напряжения (тока)».

Из (VIII. 35) и (VIII. 36) можно также определить соответственно максимальный и минимальный достижимые коэффициенты стабилизации в пределах режима бареттирования.

Из этих выражений видно, что коэффициенты стабилизации тока и напряжения при изменении сопротивления нагрузки в рассматриваемой схеме всегда больше единицы, следовательно, имеет место стабилизация (относительные изменения тока в цепи и напряжения на нагрузке меньше вызвавшего их относительного изменения сопротивления нагрузки). При этом коэффициент стабилизации KIR увеличивается с увеличением Rm по сравнению с /?н- Наоборот, если RBH уменьшать по сравнению с RB, то растет коэффициент стабилизации Кип и ухудшается стабилизация тока.

В схеме 11.1, а все коэффициенты стабилизации можно при соответствующем подборе параметров сделать больше единицы, поэтому будет осуществляться стабилизация тока в цепи или напряжения на нагрузке при колебаниях как напряжения источника питания, так и сопротивления нагрузки. Для получения достаточно хорошей стабилизации UH и /н при изменении питающего напряжения Е необходимо выполнить условие

Это выражение показывает, что в схеме 11.3, с коэффициенты стабилизации тока и напряжении на нагрузке можно сделать достаточно большими за счет подбора соотношения Rsn/Ri независимо от величины резистора нагрузки (даже если ?п меньше Е, как

Таким образом, схемы параметрических ц- и 5-стабилизаторов выгодно применять для стабилизации напряжения при неизменных нагрузке или тока через нее. В этих случаях соответствующие коэффициенты стабилизации можно сделать весьма большими в некоторых пределах измеиеьия питающего напряжения.

Схемы параметрических стабилизаторов напряжения на газоразрядном и полупроводниковом стабилитронах ( 11.5, а, б) аналогичны схеме 11.3, а. В соответствии с (11.18) и (11.19) коэффициенты стабилизации для схем 11.5 равны:

Стабилизаторы 11.7, а, б позволяют получить коэффициенты стабилизации по ? и Ru порядка десятков и сотен единиц.

где Un и [/вых — номинальные напряжения на входе и выходе стабилизатора; Л(/вх и Д?/вых — изменение напряжений на входе и выходе стабилизатора; /вых — номинальный ток на выходе стабилизатора; Л/вых — отклонение выходного тока стабилизатора от номинального значения. Коэффициенты стабилизации служат основными критериями для выбора рациональной схемы стабилизатора и оценки ее параметров.

Следовательно, в стабилизаторе с обратной связью, в принципе, возможен сколь угодно большой коэффициент стабилизации. Разумеется, при увеличении общего коэффициента усиления понижается устойчивость системы, т. е. появляется возможность самовозбуждения ее на некоторой частоте, для которой связь перестает быть отрицательной (см. § 6.8), Поэтому и с помощью схемы 8.19, б достижимы хоть и большие, но конечные коэффициенты стабилизации (порядка 103 — 105).

Преимущества параметрических стабилизаторов — простота конструкции и надежность работы; недостатки — низкие коэффициенты стабилизации и КПД, узкий нерегулируемый диапазон стабилизируемого напряжения.

Увеличение коэффициента теплоотдачи. В некоторых случаях целесообразно повышать скорость движения охлаждающей среды и, как следствие, коэффициенты теплообмена, не изменяя при этом расход среды и другие параметры. Так, например, в последние годы в электромашиностроении наметилась тенденция сокращать ширину вентиляционных каналов в сердечниках машин с радиальной вентиляцией. Определим эффективность этой меры.

Подставив в формулу эти значения, а также проанализировав изменения физических характеристик воздуха в диапазоне температур, при которых в основном работают токоведущие системы аппаратов (определяющая температура не выходит за пределы 30—70° С), получим, что для ft0up =.-- 50°С с ошибкой не более 2,5% коэффициенты теплообмена для этих диапазонов соответственно могут быть выражены следующими формулами [171:

К тому же высокая интенсивность переноса теплоты между слоем и погруженной поверхностью — одно из главных достоинств кипящего слоя, особенно привлекающий инженеров-теплоэнергетиков. Кого из них может оставить равнодушным такой пример: если сравнить коэффициенты теплообмена между кипящим слоем песка эквивалентного диаметра 0,2 мм и трубным пучком

Для первого этапа (1949—1957) исследований внешнего теплообмена — так иногда именуют теплообмен слоя с поверхностью — характерно проведение работ главным образом в ограниченном диапазоне изменения экспериментальных параметров; тем не менее часто делались попытки придать результатам обобщенный характер. Это не только вводило в заблуждение читателей, но и «играло злую шутку» с самими исследователями. Особенно подводил масштабный фактор. Чрезвычайно высокие коэффициенты теплообмена, получаемые в небольших лабораторных установках, не только не воспроизводились при переходе к более крупным, но изумляли своим непостоянством у различных авторов.

Многообразие моделей порождает обилие формул. Большинство из них дает лишь правильную качественную оценку. Так как сложные громоздкие расчетные соотношения не гарантируют в качестве компенсации повышение точности, можно отдать предпочтение более простым, в частности описывающим максимальные коэффициенты теплообмена. Универсальных (для крупных и мелких слоев) формул, к сожалению, не существует.

Предпочитая простоту и удобство, естественно, не в ущерб достоверности, для кипящих слоев «мелких» частиц можно рекомендовать широко популярную формулу Numax = 0,86 Аг°'2, весьма успешно предсказывающую максимальные коэффициенты теплообмена.

Если ограничить «свободу» продуваемого газом слоя крупных частиц (с помощью сетки, установленной сверху, не дать ему возможности расширяться, а частицам двигаться), создав таким образом «зажатый» слой, то с ростом скорости фильтрации газа коэффициенты теплообмена будут только увеличиваться (порозность останется неизменной), значительно превышая а кипящего слоя. Дурной пример заразителен: точно так же будут вести себя и слои, «продуваемые» капельной жидкостью, например водой.

Так почему же в области, классифицируемой как кипящие слои крупных частиц, с ростом диаметра увеличиваются и максимальные коэффициенты теплообмена? Все дело в газоконвективном теплообмене. В слоях мелких частиц скорости фильтрации газа слишком малы, чтобы конвективная составляющая теплообмена могла себя «проявить». Но с увеличением диаметра зерен она возрастает. Несмотря на низкий кондуктивный теплообмен, в кипящем слое крупных частиц рост конвективной составляющей компенсирует этот недостаток.

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.

либо в коридорном порядке, когда четыре соседние трубы в плоскости, перпендикулярной к их осям, образуют прямоугольник, либо в шахматном (ромб). Наличие трубных пучков в кипящем слое, с одной стороны, делает его более однородным, дробя поднимающиеся пузыри, а с другой, тормозит, «сковывает», «стесняет» движение твердой фазы. Но, как говорится, в тесноте, да не в обиде. Коэффициенты теплообмена кипящего слоя с трубными пучками мало чем отличаются от теплообмена слоя с одиночной трубой.

Экспериментальные исследования конвективного теплообмена на макетах тепловыделяющих элементов при электрическом нагреве в диапазоне температур 165— 300 °С, давлений 115—160 атм и тепловых потоках (3— 4) •106 ккал/м-час показали высокие коэффициенты теплообмена (30000—180000 ккал/м-час-°С).