Отдача тепла с наружной поверхности в окружающую среду

В электротехнической практике весьма часто приходится рас­считывать превышение температуры наружной поверхности отно­сительно температуры жидкой или газообразной среды, омываю­щей нагретую поверхность. В этих случаях оказывается весьма удобной широко известная формула Ньютона

,                      (1.1)

где  Р - мощность, отда­ваемая  конвек­цией и лучеиспу­сканием   окружающей   среде, Вт; S нагретая поверх­ность, м2;

— температура по­верхности, °С;

— температура окружающей сре­ды,

°С; — коэффициент теп­лоотдачи, учиты­вающий в общем случае   отдачу тепла конвекцией и  лучеиспуска­нием,. Вт/(м2×°С).

Подпись: Рис. 1.1. Зависимость коэффициента теплоот¬дачи для окрашенной метал-лической полосы от превышения температуры полосы над температу-   рой окружающей среды

Коэффициент теплоотдачи численно равен мощности, отдаваемой нагретой поверхностью, площадью 1 м2,  окружающей среде при разности температур между нагретой поверхностью и окружающей средой, равной 1 °С.

.

В соответствии с отмеченными факторами, от которых зависит отдача тепла конвекцией и лучеиспусканием, следует подчеркнуть, что коэффициент теплоотдачи зависит от физических постоянных (удельного веса, теплопроводности, вязкости, теплоемкости) жидкой или  газообразной среды, воспринимающей  тепло от нагре­того тела, от формы и расположения тела в жидкой или газообраз­ной среде, от состояния поверхностей  и т. д.

Весьма простая фор­мула (1.1) требует пра­вильного и тщательного выбора   коэффициента теплоотдачи, что воз­можно только при нали­чии надлежащего инже­нерного опыта по рас­чету нагрева и при на­личии достоверных опыт­ных данных по коэффи­циенту теплоотдачи.

Рис.1.2. Зависимость коэффициента теплоот­дачи  от

превышения  температуры полосы над температурой окружающей среды для

цилиндров диаметра 20…200мм

На рис.1.1 пред­ставлена   зависимость коэффициента теплоот­дачи от превышения тем­пературы для окрашен­ной металлической по­лосы 120х10 мм, поставленной на ребро.

Легко видеть, что кривая  на рис.1.1 соответствует уравнению прямой

.

На рис. 1.2 представлены кривые зависимости коэффициента теплоотдачи  от превышения температуры для цилиндрических проводников различного диаметра в предположении естественной конвекции, окрашенной поверхности и температуры окружающего воздуха u0 = 35 °С.   Интересно отметить, что для цилиндров зави­симости коэффициента теплоотдачи от превышения температуры приблизительно линейны и могут быть выражены уравнением

, где и берутся по табл. 1.1.

Таблица 1.1

Значения коэффициентов и

Диаметр

стержня, мм

k1

k2

Диаметр стержня, мм

k1

k2

10

1,24

1,14

80

1,08

0,75

40

1,11

0,88

200

1,02

0,68

Все приведенные выражения для коэффициентов теплоотдачи действительны только для не изменяющихся во времени превы­шений температур.

В случае, когда превышение температуры по­верхности изменяется во времени, для данного мгновенного превы­шения температуры коэффициенты теплоотдачи будут зависеть от скорости изменения во времени превышения температуры. Однако этот вопрос мало изучен, и обычно при анализе пере­ходных процессов нагрева электрических машин и аппаратов его упрощают, принимая коэффициент теплоотдачи, в частности, постоянным в течение всего процесса нагрева, при этом за основу выводов принимают формулу (1.1). Формула (1.1)

может быть представлена в ином виде   и формально имеет такой же вид, как и формула закона Ома для электрического тока. Поэтому знаменатель в этой формуле часто называют сопротивлением тепловому потоку при переходе от поверхности S к окружающей среде, при этом имеется в виду, что превышение температуры не изменяется во времени.