10.2 Теплообмен

В процессе переноса тепла от более нагретых тел к менее нагретым, а также к соседним телам и в окружающую среду различают три вида теплообмена: теплопроводность, конвекцию и лучеиспускание.

Явление теплопроводности характерно для твердых тел и может быть представлено математически: ,

где Ф – тепловой поток, Вт, через изотермическую площадку S. м² , направления нормали к ней, градиент температуры в направлении нормали, - коэффициент теплопроводности материала , . Отношение Ф/S представляет плотность теплового потока в какой либо точке поверхности, Вт/м²

. Знак минус указывает на то, что тепло передается в направлении убывания его температуры.

Конвекция это передача тепла от твердого тела к жидкости или газу. Количество тепла отводимого через конвекцию зависит от теплопроводности жидкости или газа, их плотности, формы, размеров и состояния охлаждаемой поверхности и превышения температуры тела над температурой окружающей среды. Мощность, рассеиваемая с помощью конвекции

;

где - поверхность теплоотдачи конвекцией, см²; - коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/см²; – коэффициент, зависящий от высоты теплоотдающей поверхности и ее расположения в пространстве.

Тепловым излучением называют перенос тепла электромагнитными волнами через разделяющую газовую среду, которая принимается полностью прозрачной для тепловых лучей. Мощность, рассеиваемая лучеиспусканием ;

где - поверхность лучеиспускания, см²; с – 5,7 коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, ; – степень черноты лучеиспускающей поверхности. Степень черноты лучеиспускающей поверхности различных материалов ЭУ приведена в таблице 10.2.

Т а б л и ц а 10.2 Степень черноты различных элементов

Материал	Степень черноты лучеиспускающей поверхности
Абсолютно черное тело	1,0
Алюминий окисленный	0,11
Алюминий полированный	0,04
Эмалевая краска	0,6 – 0,8
Медь окисленная	0,72
Сталь окисленная	0,79
Черный лак	0,87

Шины и многопроволочные проводники относятся к однородным проводникам. Тепловыделение и теплоотдача, отнесенные к единице длины, одинаковы по все длине. Следовательно, температура проводника также постоянна по длине и передача тепла вдоль проводника отсутствует. Теплообмен происходит только с поверхности проводника через конвекцию и излучение.

В установившемся тепловом состоянии все тепло, выделившееся в проводнике в единицу времени, отдается в окружающую среду:

,

где Ф – тепловой поток, Вт; R_a – активное сопротивление проводника. Задавшись температурой проводника, при известной температуре воздуха и сопротивлении проводника. Определив тепловой поток с поверхности Ф, можно вычислить допустимый ток для данного условия:

Таким образом, тепловой расчет сводится к определению активного сопротивления проводника при допустимой температуре и теплового потока с его поверхности при нормированном перепаде температур между проводником и воздухом.