- •Гидравлические и тепловые расчеты в электрических машинах
- •Воронеж 2012
- •Оглавление
- •1. Общие вопросы теплообмена
- •2. Основы теории гидравлических
- •3. Вентиляторы электрических машин
- •Предисловие
- •После изучения дисциплины необходимо знать
- •После изучения дисциплины необходимо уметь
- •1.1. Содержание дисциплины
- •1.2. Самостоятельная работа и контроль знаний студентов
- •1.3. Учебно-методические материалы по дисциплине
- •1 . Общие вопросы теплообмена в электрических машинах
- •1.1. Требования к электрическим машинам
- •1.2. Общая характеристика физических процессов
- •1.3. Эффективность и экономичность систем охлаждения электрических машин
- •1.4. Расчёт и проектирование систем охлаждения электрических машин
- •1.5. Достижения отечественных научных школ в создании
- •2 . Основы теории гидравлических
- •2.1. Основные понятия и уравнения аэродинамики гидравлики
- •2.2. Охлаждающие среды
- •Удельный объём жидкости – это объем единицы массы
- •В практических расчётах часто используют кинематической коэффициент вязкости
- •2.3. Основные понятия и уравнения гидростатики
- •2.4. Кинематика жидкости, основные понятия и уравнения гидродинамики
- •Потенциальная энергия
- •2.5. Элементы теории сопротивления жидкостей
- •Сопротивление жидкости при турбулентном движении
- •Теорема количества движения
- •3 . Вентиляторы электрических машин
- •3.1. Устройство и принцип действия вентиляторов
- •3.2. Теория идеального центробежного вентилятора
- •Следовательно
- •Центробежного вентилятора
- •Подставляя (3.12) и (3.13) в (3.9) получим
- •Из (3.19) получим
- •Подставив (3.20) в (3.18), получим
- •3.3. Потери давления и мощности в центробежном
- •Баланс энергии и кпд вентилятора
- •Коэффициент полезного действия вентилятора
- •3.4. Характеристика давления центробежного вентилятора
- •3.5. Вентиляционные расчеты.
- •Классификация систем охлаждения или классификация систем вентиляции
- •Нагнетательные и вытяжные схемы подразделяют на одноструйные и многоструйные.
- •3.6. Проектирование вентиляторов
- •4 . Основы теории теплопередачи
- •4.1. Основные процессы передачи тепла. Поле температуры
- •4.2. Основной закон теплопроводности.
- •4.3. Начальные и граничные условия для уравнения теплопроводности
- •4.4. Фундаментальное решение уравнения теплопроводности
- •4.5. Простейшие задачи теплопроводности
- •4.6. Основное уравнение конвективного процесса
- •5 . Тепловые расчёты электрических машин
- •5.1. Задачи и методы теплового расчета
- •5.2. Эквивалентные тепловые схемы
- •5.3. Тепловой расчёт с помощью тепловых схем
- •5.4. Упрощенный тепловой расчет установившегося режима работы
- •5.5. Классическая теория нестационарного теплового процесса
- •5.6. Нестационарный нагрев в стандартных режимах
- •Гост 183-74 устанавливает восемь типов номинальных режимов работы электрических машин s1-s8. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся режимы работы s1, s2, s3.
- •Допустимые потери для продолжительного режима работы при том же доп
- •Соотношение допустимых потерь
- •5.7. Общий метод расчета нестационарных процессов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Гидравлические и тепловые расчеты в электрических машинах в авторской редакции
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
2.2. Охлаждающие среды
Ранее было отмечено, что в качестве охлаждающих сред в электрических машинах применяются нетвёрдые тела, а именно жидкие тела с малой вязкостью (жидкости) и жидкие газообразные тела (газы). В отличие от твёрдых тел для жидкостей и газов характерно, что в них не деформация, а скорость деформации пропорциональна прилагаемым усилиям.
Рассмотрим основные физические свойства жидкостей.
Плотность жидкости – это масса единицы объема
, (2.2)
где m – масса, кГ;V – объём жидкости, м3.
Удельный вес жидкости – это вес единицы объема
(2.3)
(2.4)
где G – вес жидкости, Н; g – ускорение свободного падения (g=9,8 м/с2).
Удельный объём жидкости – это объем единицы массы
(2.5)
где ρ – плотность жидкости.
Многочисленные исследования показывают, что плотность жидкости в точке есть функция давления и температуры . Эту зависимость называют уравнением состояния. Плотность капельных жидкостей с ростом давления изменяется очень мало. Сжимаемость жидкостей характеризуется коэффициентом сжимаемости, под которым понимают относительное изменение объёма жидкости, возникающее при изменении давления на единицу (1/Па)
(2.6)
где ΔV – уменьшение объёма жидкости V при увеличении давления на Δр.
При невысоких давлениях (до 500 000 Па) сжимаемостью такой жидкости как вода можно пренебречь. Например, для уменьшения объёма воды на 0,5 % необходимо повысить внешнее давление до 10 МПа.
Для нефти и нефтепродуктов справедлива формула Менделеева
(2.7)
где 15 – плотность при t = 15 C; – коэффициент объемного расширения.
Из-за большой сжимаемости газов их плотность, удельный вес и удельный объём в значительной степени зависят от температуры и давления.
Вязкость среды
Вязкость – это свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигу слоёв жидкости по отношению друг к другу.
Вязкость жидкости и газов проявляется как мера внутреннего трения при движении.
Рис. 2.1. Распределение скорости жидкости в канале между
неподвижной и движущейся пластинами
При ламинарном течении (без перемешивания) скорость жидкости в потоке между пластинами меняется по линейному закону от нуля на неподвижной пластине, до υ0 на движущейся. Чтобы перемещать верхнюю пластину с постоянной скоростью υ0 необходимо приложить к ней некоторую силу Fт уравновешиваемую силой внутреннего трения.
Как показывает опыт, эта сила равна
, (2.8)
где S – площадь пластины, м2; V0 – скорость пластины, м/с;
μ – коэффициент пропорциональности.
Для большего уточнения этой зависимости её следует отнести к бесконечно малому расстоянию между слоями жидкости, тогда
, (2.9)
где V – относительная скорость движения соседних слоев;
y – расстояние между ними.
Или в пределе
, (2.10)
Выражение (2.10) представляет закон Ньютона для внутреннего трения. Так как отношение
, (2.11)
есть касательное напряжение сдвига, то закон Ньютона можно записать в более удобном виде
, (2.12)
Касательное напряжение, возникающее в жидкости, пропорционально градиенту скорости в направлении n, перпендикулярном вектору скорости V, к площадке, по которой оно действует.
Коэффициент пропорциональности называется динамической вязкостью.