Файл: Любчик, М. А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов.pdf

теплоотдачи: излучением, конвекцией и теплопроводностью. Послед­ ний следует учитывать, когда аппарат установлен на массивном металлическом основании. Если же аппарат укреплен на изоляцион­ ном основании, то коэффициентом теплоотдачи теплопроводностью можно пренебречь.

Абсолютное большинство электрических аппаратов общепромыш­ ленного применения работает в условиях естественной конвекции, поэтому ограничимся рассмотрением этого вида теплоотдачи. До настоящего времени не удалось найти методов строго аналитическо­ го описания процессов, связанных с конвекцией, поэтому изучение этого явления связано с экспериментом. Обработка эксперименталь­ ных данных обычно производится с применением теории подобия в критериальной форме. Обобщенным уравнением естественной кон­ векции является зависимость [Л. 77]

Имеющиеся в литературе формулы для расчета конвективных коэффициентов теплоотдачи относятся к телам, имеющим один характерный размер. В то же время некоторые электромагнитные

229

расположения и крепления. Движение воздуха вокруг подвешенного горизонтального электромагнита (рис. 2-21 ,а, б) носит чисто лами­

нарный характер без сколько-нибудь заметных признаков турбулент­ ности. Это дает основание предположить, что свободный конвек­ тивный теплообмен между броневым электромагнитом и воздушной

ных.

При вертикальном расположении электромагнита, укрепленного на изоляционной панели (рис. 2-21,а), движение воздуха также ламинарное. Кроме того, из рис. 2-21,а видно, что панель не оказы­ вает влияния па движение воздуха. Таким образом, подтверждает­ ся пивод о том, что коэффициент теплоотдачи теплопроводностью можно не учитывать, если нагретый объект расположен на изоля­ ционном основании. Если же электромагнит расположен на метал­ лическом основании (рис. 2-21,г), то наблюдается интенсивный от­ вод тепла основанием, который проявляется в движении воздуха над металлической плитой. Характер же движения воздуха вблизи электромагнита практически не зависит от теплопроводности основа­ ния, что особенно хорошо видно при вертикальном расположении электромагнита, укрепленного над плитой. Движение воздуха вбли­ зи электромагнита, расположенного под изоляционной плитой (рис. 2-21,5), полностью идентично движению воздуха вблизи элек­ тромагнита, расположенного под металлической плитой (рис. 2-21,е), однако имеется существенное различие во влиянии изоляционной и металлической плит па теплоотвод теплопроводностью. В первом случае нагретый воздух растекается под плитой, а над плитой интенсивное движение наблюдается лишь в месте крепления элек­ тромагнита. Во втором случае интенсивное движение воздуха за­ метно на относительно больших расстояниях от электромагнита, что свидетельствует о существенном влиянии металлической плиты на охлаждение электромагнита.

На основании анализа картин конвективных потоков можно сде­ лать следующие выводы:

1.Конвективный коэффициент теплоотдачи с наружной поверх­ ности отдельного ограниченного цилиндра не зависит от располо­ жения его в пространстве, способа крепления и теплопроводности основания.

2.При расположении ограниченного цилиндра на изоляционной плите можно не учитывать влияния теплопроводности, т. е. можно считать, что в процессе теплоотдачи принимают участие только из­ лучение и конвекция.

3.Конвективный коэффициент теплоотдачи ограниченного ци­ линдра подчиняется закону !Д-

Эти выводы получены из анализа результатов качественных опытов и нуждаются в количественном подтверждении. Для оценки влияния расположения ограниченного цилиндра в пространстве и способа его крепления на коэффициент теплоотдачи были проделаны опыты на одном из образцов электромагнитов, в которых коэффи­

в табл. 2-5.

Как видно из табл. 2-5, результаты подтверждают первые два вывода. Для того чтобы строго установить закон, которому подчи­ няется конвективный теплообмен ограниченных цилиндров, необхо-

231

димо иметь экспериментальные данные, полученные на различных

Были проделаны дополнительные опыты на 12 образцах элек­ тромагнитов. Результаты опытов обрабатывались с помощью теории подобия с целью выяснения вида функциональной зависимости

(2-245). В качестве определяющего размера ограниченного цилиндра принималась величина

H/D+ 1/2

Результаты опытов показаны на рис. 2-22. Там же пунктиром проведена прямая, соответствующая закону */*•

Num=0,54(GrmPr„,)1/4. (2-249)

Из рис. 2-22 видно, что экспериментальные точки (О — верти­ кальное расположение, X — горизонтальное расположение электро­ магнита) лежат вблизи прямой, соответствующей указанному зако-

2 3 2

пу, поэтому (2-249) можно пользоваться для расчета конвективного коэффициента теплоотдачи, если в качестве определяющего размера принять величину, рассчитанную по (2-248), В результате несложных преобразовании получим формулу, более удобную для практических расчетов:

Если Gr,„Pr„, > 2 • 107, то движение воздуха переходит в тур­ булентный режим, при котором конвективный теплообмен становится автомодельным иподчиняется закону ‘/з-Формулу для расчета конвективного коэффициента теплоотдачи можно в этом случае представить следующим образом:

так как 0 а = Фе9 и и, следовательно, по (2-243) функция ф/, определя­

ется превышением температуры 0 П, совокупностью кратностей £,

233