Основы аэродинамических и тепловых расчетов в электромеханике: Учебное пособие, страница 5

В связи с большой сложностью и актуальностью теплового и вентиляционного (гидравлического) расчетов электрических машин результаты расчета должны быть подтверждены экспериментальными исследованиями. Постановка эксперимента должна быть обоснована для каждой конкретной задачи, иначе полученные результаты эксперимента на моделях не могут быть распространены на оригинал. Научную основу эксперимента дает теория гидромеханического подобия при аэродинамических (гидравлических) расчетах и теплового подобия при тепловых расчетах. В теории подобия коэффициенты уравнения выражаются в числах представляющих собой значения физических констант (безразмерные критерии).

Чаще других в прикладной теплофизике и прикладной гидродинамике, а том числе в соответствующих разделах теории электрических машин, применяются критерии подобия, приведенные ниже.

Критерий Рейнольдса  является мерой отношения инерционных сил в потоке движущейся среды к силам внутреннего трения.

Критерий Фурье  определяет отношение между темпом изменения окружающих условий (t₀) и темпом перестройки температурного поля внутри тела ().

Критерий Био  есть мера отношения температурного перепада  в теле к температурному перепаду между средой и телом.

Критерий Эйлера  характеризует падение  давления при движении охлаждающей среды .

Критерий Прандтля  является сложной физической константой среды.

Критерий Грасгофа  характеризует свободное движение жидкой или газообразной среды под действием разности температур.

Число (критерий) Нуссельта  является по существу безразмерной формой коэффициента теплообмена (коэффициента теплоотдачи).

В этих соотношениях обозначены: -характерный линейный размер (например гидравлический диаметр); - скорость движения среды; -кинематическая вязкость; -характерный отрезок времени;  - коэффициент теплоотдачи;  - коэффициент теплопроводности тела;  - потери давления;  - плотность среды;  - разность температур;  - коэффициент теплового расширения;  - теплопроводность охлаждающей среды (газ или жидкость); g – ускорение силы тяжести;  - температуропроводность.

Температуропроводность определяется соотношением:

,

где  - удельная теплоемкость окружающей среды (газ или жидкость) при постоянном давлении.

Результаты экспериментальных исследований обрабатываются в виде критериальных уравнений , которые позволяют определить искомые величины (например- коэффициент теплоотдачи с поверхности тела в окружающую среду). Следует отметить, что результаты экспериментальных исследований могут быть перенесены на широкий диапазон объектов, которые характеризуются критериями подобия равными исследуемому объекту.

Разработка разделов проектирования систем охлаждения, аэродинамических и тепловых расчетов была начата основоположниками теории и проектирования электрических машин Г. Арнольдом, Р. Рихтером, Г. Готтером и другими за рубежом, А. Е. Алексеевым, М. П. Костенко и другими в нашей стране. Вопросы, касающиеся аэродинамических, гидравлических и тепловых расчетов электрических машин в большей или меньшей мере отражены в учебной литературе по проектированию электрических машин [1,2 11, 13, 14, 16, 17]. Объем материала в учебной литературе позволяет выполнить аэродинамические и тепловые расчеты на оценочном уровне и практически не раскрывает теоретические основы этих расчетов.

В наибольшей мере отвечает требованиям по изучению проектирования систем охлаждения электрических машин учебник «Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчеты в электрических машинах» (авторы Г. А. Сипайлов, Д. И. Санников, В. А. Жадан), в котором в достаточной мере  раскрыты вопросы теории газогидродинамики и термодинамики и приводятся рекомендации по выполнению вентиляционных и тепловых расчетов электрических машин с учетом последних достижений научных работ в этой области.

Возросшие требования к повышению технико-экономических показателей электрических машин , которые во многом могут быть реализованы совершенствованием систем охлаждения и методов их расчета, обусловили и рост во второй половине 20 века научных исследований в области аэродинамических и тепловых расчетов электрических машин как общепромышленного, так и специального (тяговые, погружные и др.) назначения.