1tom321

13. ELEKTROTF. R MIA 644

!/ /,j Nagrzewanie elekironowe

1>SI Nagrzewanie plazmowe

Spawanie lukowe

Nagrzewanie i rezystancyjne . bezpośrednie

Nagrzewanie

lukowe

\m

Nagrzewanie

laserowe

Rys. 13.2. Możliwości energetyczne metod elektrotermicznych i nieelektrotermicznych, wg [13.25]

Nagrzewanie ||||lr!l indukcyjne

Nagrzewanie £Nxj--' dielektryczne I

—_____171—\y77Z

rezgstancyjne pośrednie Nagrzewanie paliwowe

\ Promieniowanie \ słoneczne ,

13.2. Elementy termokinetyki urządzeń elektrotermicznych

13.2.1. Rodzaje przepływu ciepła

Przepływ' ciepła występuje w ośrodku, w którym pole temperatury jest nicizotermiczne. Wielkościami fizycznymi związanymi z przepływem ciepła są strumień cieplny nazywany także mocą cieplną P, wyrażony w W

(13.2)

oraz gęstość strumienia cieplnego q, wyrażona w W/m² _ dP _ d²Q ^ dA dtdA

przy czym: Q — ciepło, t — czas, A — przekrój toru cieplnego.

Przepływ ciepła może się odbywać przez przewodzenie (kondukcję), unoszenie (konwekcję) i promieniowanie (radiację). Strumień cieplny przewodzony w jednym kierunku przez tor cieplny (ośrodek C) jak na rys. 13.3 w stanie ustalonym

(13.3)

przy czym: .9₃ i 5₄ — temperatury na powierzchniach ośrodka C; W_}.₄ — opór cieplny kondukcyjny ośrodka C, K/W.

Rys. 13.3. Jednowymiarowy układ wymiany ciepła oraz jego model strukturalny .9- temperatura. W—opór cieplny, P strumień cieplny. /. — przewodność cieplna właściwa ośrodka stałego o grubości S

Z ośrodka B do C oraz z C do D (B i D ośrodki płynne) ciepło przepływa na drodze konwekcji

(13.4)

,    »2-9₃. p

^kB W₂._} ’ ^kD W"

przy czym: W2.3 oraz W₄.₅    opory cieplne konwekcyjne, K/W

W₂.₃ =

1

«2-.1 A

1

3(4-5 A

(13.5)

Wielkości a₂.3 oraz 04.5 są współczynnikami przejmowania ciepła przez konwekcję, W/'(m²-K), zaś A jest przekrojem toru cieplnego, m .

Niezależnie od przepływu konwekcyjnego, który nie występuje np. w próżni, zawsze występuje przepływ ciepła przez radiację. Najczęściej w wymianie tej biorą udział powierzchnie ośrodków promieniujących (A oraz E na rys. 13.3) o temperaturach 9, # 3₂ oraz 9_S ^ 9₆. Strumienie ciepła przepływające przez radiację określa się wówczas następująco:

(13.6)

*1-V p ₌9_±ZS₁

W,., ’ ^rD w„

przy czym opory cieplne radiacyjne

1

*i-iA ’

1

nu* A

(13.7)

gdzie: ^.3, a₄.₆ — współczynniki przejmowania ciepła przez radiację wyrażone w W/(m² K).

W stanie cieplnie ustalonym musi być spełniony warunek

(13.8)

PkB + PrB — Pp — PkD + PrD