3. Определение суммарного потока теплоты

трансформатором

Поток теплоты, передаваемый маслом воздуху через стенку бака, Вт:

, (1.6)

где k	— коэффициент теплопередачи, Вт/(м2×К);
FК	— наружная расчетная поверхность бака, определена по формуле (1.3) — для гладкого бака и (1.5) — для бака с охлаждающими трубами, м2;
tМ – В	— разность температур между маслом и воздухом, С, найдена ранее по (1.2).

Коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×К), можно рассчитать по формуле для плоской стенки:

, (1.7)

где С	— толщина стенки бака, обычно 3-5 мм;
С	— коэффициент теплопроводности бака, Вт/(м×К), бак выполнен из стали, С = 45  55 Вт/(м×К);
ВН, Н	— коэффициенты теплоотдачи к внутренней и от наружной поверхности стенки бака, Вт/(м2×К).

Расчет коэффициентов теплоотдачи от масла к стенке _ВН и от стенки к воздуху _Н производится для условий теплоотдачи при естественном движении и воздуха, и масла согласно источникам [3, 4, 6].

При расчете коэффициента теплоотдачи от масла к стенке бака  _ВН сначала определяют приближенно температуру масла

t_М = t_В +t_{М – В}.

По температуре масла из приложения 4 выбрать коэффициент теплопроводности масла , коэффициент кинематической вязкости и критерий Прандтля Pr и заполнить таблицу 4.

Таблица 4

Физические свойства трансформаторного масла

tв, °С

tм, °С

, Вт/м∙К

v∙106, м2/с

Pr

Рассчитать критерий Грасгофа

Gr = = .

По произведению GrPr из приложения 5 выбрать константы c и n для критериального уравнения (1.8) c учетом условий теплоотдачи и вертикального расположения бака

Nu = c (Gr Pr)ⁿ. (1.8)

Затем рассчитать коэффициент теплоотдачи от масла к стенке бака, Вт/м²К

_ВН = Nu∙/Н (1.9)

Результаты расчетов занести в таблицу 5

Таблица 5

Коэффициенты теплоотдачи от масла к стенке бака

tв, °С

tм, °С

Gr Pr

Nu

ВН, Вт/м2К

Аналогично определяют коэффициент теплоотдачи от стенки бака к воздуху _Н в условиях свободной конвекции. Физические параметры воздуха принять из приложения 3 по расчетной температуре воздуха tв (известна по заданию), заполнить таблицу 6, аналогичную табл.4. Вычислить критерий Грасгофа

Gr = = ,

выбрать константы c и n для критериального уравнения (1.8) и рассчитать коэффициент теплоотдачи _Н от стенки к воздуху (1.9). Результаты оформить в вид таблицы 7, аналогичной табл.5, но для _Н.

Затем определяют коэффициент теплопередачи k (1.6) и поток теплоты, передаваемый через стенку бака от масла к воздуху Q_К по уравнению (1.7). Расчеты выполнить для всех заданных температур воздуха.

Далее уточняются температуры, С:

– наружной поверхности бака:

, (1.10)

где t_В — температура воздуха, С;

– трансформаторного масла внутри бака:

,

где t_С — температура внутренней поверхности бака.

Ввиду малого термического сопротивления стенки бака , температуры на внутренней и наружной поверхностях бака можно принять одинаковыми.

Поток теплоты, излучаемый с поверхности бака, Вт:

,

где с0	— коэффициент излучения абсолютно черного тела, с0 = 5,67 Вт/(м2К4);
	— степень черноты стенки бака. Для окисленной стали принять   0,8;
FЛ	— поверхность излучения, м2, для гладкого бака — по формуле (1.3), а для бака с охлаждающими трубами — по формуле (1.4);
ТС	— температура поверхности бака, К, уточненная по формуле 1.10);
ТВ	— температура тел, воспринимающих поток лучистой энергии, принимается равной температуре воздуха, К.

Правильность расчетов оценивается по общему (суммарному) потоку тепловой энергии, Вт:

.

Он не должен значительно отличаться от принятого по формуле (1.1). Результаты удобно оформить в виде таблицы 8.

Таблица 8

Результаты расчетов

tв, °С

tм, °С

k, Вт/м2К

Qк, Вт

Qл, Вт

Q0, Вт

PТР, Вт

Расчет необходимо выполнить для разных, в соответствии с заданием, значений температуры окружающего воздуха. Представить графическую и аналитическую зависимости изменения температуры масла от температуры воздуха t_м(t_в).