Основы применения электротермических установок

ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ И УСТАНОВОК
Электротермические процессы связаны с преобразованием электрической энергии в тепловую с переносом тепловой энергии внутри тела (твердого, жидкого, газообразного) или из одного объема в другой по законам теплопередачи. Теплопередачей (теплообменом) называется переход тепла из одной части пространства к другой, от одного тела к другому или внутри тела от одной его части к другой. Непременным условием теплообмена является наличие разности температур отдельных тел или участков тел [6, 8].Различают стационарный и нестационарный теплообмен.
Существуют три вида теплообмена, три различных способа передачи тепла.
Теплопроводность обусловлена тепловым движением и энергетическим взаимодействием микрочастиц (молекул, атомов, электронов), частицы с большей энергией (более нагретые и, следовательно,более подвижные) отдают часть своей энергии менее нагретым (менее
подвижным). Скорость теплопередачи в этом случае зависит от физических свойств вещества, в частности от его плотности. У плотных тел (металл) скорость теплопередачи больше, у пористых (пенопласт) - меньше.Тепловой поток через плоскую стенку при установившемся режиме(определяется по закону Фурье) пропорционален разнице температур поверхности стенки и обратно пропорционален термическому сопротивлению стенки.При передаче теплоты излучением энергия передается в форме электромагнитных волн. Этот вид теплопередачи может иметь место лишь в прозрачной для этих лучей среде.Каждое непрозрачное нагретое тело, находящееся в прозрачной среде,излучает во все стороны лучистую энергию, распространяющуюся со скоростью света. При встрече с другими полностью или частично непрозрачными телами эта лучистая энергия вновь превращается (полностью или частично) в тепло, нагревая эти тела.При излучении нагретого тела в неограниченное пространство (при односторонней теплопередаче) лучистый тепловой поток пропорционален постоянному коэффициенту излучения абсолютно черного тела, степени черноты тела, численно равной его поглощающей способности, и абсолютной температуре нагретого тела.
При излучении нагретого тела в неограниченное пространство (при односторонней теплопередаче) лучистый тепловой поток пропорционален постоянному коэффициенту излучения абсолютно черного тела, степени черноты тела, численно равной его поглощающей способности, и абсолютной температуре нагретого тела.Аналитическое решение задач, связанных с конвективным теплообменом, представляет значительные трудности, поскольку этот процесс описывается сложной системой дифференциальных уравнений.Поэтому задачи конвективного теплообмена решают с использованием
экспериментально полученных констант и величин. Тепловой поток конвективного теплообмена определяют на основании закона Ньютона - Рихмана. По этому закону тепловой поток прямо пропорционален поверхности омывания, режиму движения теплоносителя (коэффициент теплоотдачи) и разности температур стенки и газа или жидкости.

Влияние изменения температуры на электро- и

теплофизические свойства материала
С увеличением температуры происходит изменение электрофизических, теплофизических и магнитных свойств материалов и веществ .
[6,10,11]. При изменении температуры наблюдается рост удельного сопротивления металлов. Скачкообразное изменение удельного сопротивления соответствует переходу металла из одного агрегатного состояния в другое (из твердого - вжидкое состояние) .
Изменение относительной магнитной проницаемости, показанное на
характерно только для ферромагнитных металлов.
При температуре, соответствующей точке Кюри (ориентировочно 730 −750°С),
металл теряет свои магнитные свойства, и относительная магнитная проницаемость
становится равной единице.Изменение энтальпии (теплосодержания) для металлов,
показанное, имеет такой же характерный переход при изменении
агрегатного состояния, что и изменение удельного сопротивления.Изменение коэффициента теплопроводности для некоторых газов и жидкостей связано с явлением переноса некоторого количества тепла в различных слояхжидкости или газа.
Собственно коэффициент теплопроводности численно равен количеству тепла, переносимого через единицу поверхности за единицуивремени при градиенте температуры равном единице. Для различных жидкостей и газов изменение коэффициента теплопроводности (в зависимости от изменения температуры) проявляется по-разному, что связано с явлением переноса внутренней энергии, зависящим от распределения молекул жидкостей и газов по скоростям. Изменение теплопроводности металлов происходит по закону Видемана - Франца, в соответствии с которым для всех металлов отношение коэффициента теплопроводности к удельной электропроводности прямо пропорционально абсолютной температуре.
Закон Видемана- Франца является следствием того, что теплопроводность металлов, как и их электропроводность, осуществляется свободными электронами [7]. Изменение теплопроводности огнеупорных и теплоизоляционных материалов, представленных показывает, что для большинства этих изделий с ростом температуры наблюдается увеличение коэффициента теплопроводности. Однако следует отметить, что наряду с приведенными материалами существуют и такие, у которых с ростом температуры коэффициент теплопроводности уменьшается (муллитовые, карборундовые
изделия, хромомагнезитовый кирпич).