Способы распространения теплоты в электрических аппаратах

Различают три способа распространения теплоты в пространстве: теплопроводностью, излучением и конвекцией.

Теплопроводность – распространение тепловой энергии при непосредственном соприкосновении отдельных тел, имеющих разную температуру.

Математически этот процесс можно описать уравнением Фурье:

, (7)

где dQ – количество тепла, передаваемого в направлении X за счет теплопроводности, в течение времени dt;

- удельная теплопроводность материала, через который идет передача тепла;

v – температура.

Отрицательный знак в формуле (7) показывает, что тепловая энергия распространяется от точек с большей температурой к точкам с меньшей, т.е. в направлении, противоположном градиенту температур.

Температурное поле может быть трехмерным. Поэтому, рассматривая тепло, передаваемое в направлении X, берем частную производную от температуры по координате X.

Для большинства веществ в определенном диапазоне температуры, удельная теплопроводность зависит линейно:

, (8)

где - удельная теплопроводность при температуре , -температурный коэффициент теплопроводности.

Тепловое излучение – это распространение внутренней энергии тела путём электромагнитных волн (ультрафиолетовых, световых и инфракрасных лучей).

Вобщемслучаеплотностьсобственного излученияподчиняется законуСтефана-Больцмана:

, (9)

где p - плотность теплового потока,

ε - коэффициент излучения тепла ;

T - температура в градусах Кельвина.

Конвекция - распространение тепла при перемещении макрообъемов нагретого газа или жидкости.

Различают естественную и искусственную конвекцию.

При естественной конвекции движения охлаждающего газа или жидкости происходит за счет разницы плотностей нагретых и холодных объёмов газа или жидкостей.

При искусственной конвекции движение охлаждающей среды происходит с помощью вентилятора или насоса.

В простейших случаях тепловой поток P, т.е. количество теплоты, отводимое в единицу времени с поверхности S_охл, определяется из формулы Ньютона:

, (10)

где K_T - коэффициент теплоотдачи или конвекции – тепло, которое снимается за 1секунду с поверхности в 1 м²при разности температур поверхности и охлаждающей среды 1 градус;

v - температура охлаждаемой поверхности;

v₀ - температура охлаждающей среды.

Коэффициент теплоотдачи K_Т является сложной функци-ей многих факторов:

- температуры, вязкости и плотности охлаждающей среды;

- вида охлаждаемой поверхности;

- скорости вынужденного движения среды и т.п.