- •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 . Основы теории гидравлических
И АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ РАСЧЁТОВ
В главе рассматриваются основы теории гидравлических и аэродинамических расчетов, которые базируются на представлении охлаждающих сред в виде жидкости с различными свойствами, но имеющей особенности сплошной среды. Рассматриваются основные уравнения гидростатики и гидродинамики, которые позволяют описывать охлаждающую среду в виде поля скоростей движения жидкости, поля давлений и температур. Показан переход к упрощённым инженерным методикам расчёта.
Цель главы – изучить основные законы гидравлики, показать возможность их использования в практике проектирования систем охлаждения электрических машин, рассмотреть переход к упрощенным инженерным методикам расчета тепловых параметров. |
ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЛАВЫ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ
Основные понятия гидравлики и аэродинамики;
Параметры, характеризующие основные физические свойства охлаждающих сред;
Основные газовые законы. Уравнения Менделеева – Клапейрона.
Уравнение Ван-дер-Ваальса.
Основное уравнение гидростатики.
Основные понятия гидродинамики. Гидравлические элементы потока жидкости.
Уравнение непрерывности потока жидкости.
Уравнение Эйлера. Уравнение Навье – Стокса. Уравнение Бернулли.
Режимы течения жидкостей.
От чего зависит сопротивление жидкости при ламинарном течении?
Как рассчитывается сопротивление жидкости при турбулентном течении?
Понятие местного гидравлического сопротивления.
Теорема количества движения. Расчёт коэффициентов местных сопротивлений.
Порядок составления эквивалентной гидравлической схемы электрической машины.
Последовательное и параллельное соединение гидравлических сопротивлений.
2.1. Основные понятия и уравнения аэродинамики гидравлики
Гидравлика – наука, изучающая законы равновесия и движения жидкостей с соприкасающимися с ними покоящимися или движущимися твёрдыми телами.
Гидравлика состоит из гидростатики и гидродинамики.
Гидростатика – изучает законы равновесия жидкостей и их действие на ограничивающие стенки.
Гидродинамика – изучает законы движения жидкостей и их взаимодействие с ограничивающими стенками.
Жидкость – физическое тело, обладающее свойствами текучести, ввиду чего жидкость не имеет собственной формы и принимает форму сосуда, который она напоминает.
Жидкости бывают двух видов: капельные и газообразные.
Капельные жидкости характеризуются высоким сопротивлением сжатию (почти полной не сжимаемостью и малым сопротивлением, растягивающим усилиям и касательным усилиям, обусловленным незначительностью сил сцепления и сил трения между частицами. К капельным жидкостям относится вода, спирт, трансформаторное масло и т.п.
Газообразные жидкости обладают большой сжимаемостью, не оказывают сопро-тивления растягивающим усилиям и имеют малую вязкость.
В гидравлике принято рассматривать жидкость как сплошную среду. При этом рассматривают движение элементарных объемов жидкости, которые достаточно больше по сравнению с расстояниями между молекулами, благодаря чему движение жидкости можно рассматривать как движение непрерывной среды с непрерывно меняющимися параметрами (давление, плотность и т.д.).
В тепловом отношении электрическая машина – это совокупность твёрдых и нетвёрдых тел, взаимодействие которых в процессе теплопереноса формирует поле температуры Т.
При этом нетвёрдые тела в электрических машинах это охлаждающие среды.
Таким образом, всё нетвёрдые тела можно подразделить на три группы:
жидкие тела с большой вязкостью;
жидкие тела с малой вязкостью; (капельные жидкости);
газообразные жидкие тела (газы).
При анализе электрической машины, как гидравлической и тепловой системы, используют уравнения гидромеханики и теплообмена с соответствующими краевыми уравнениями.
Эти уравнения связывают основные и формирующие параметры гидродинамических и тепловых систем и для стационарного трёхмерного случая имеют вид [1,8].
, (2.1)
где ρ, ν, с, λ, – плотность, кинематический коэффициент вязкости, теплоёмкость (при постоянном объёме), коэффициент теплопроводности среды;
– вектор скорости охладителя; f – вектор напряжённости массовых сил;
р – гидростатическое давление;
μD – функция диссипации, учитывающая подогрев среды за счёт рассеивания в ней работы сил вязкости;
– оператор Гамильтона.