电机设计传热的基本定律

7-2 传热的基本定律一、 概述热量由发热体内部借传导作用传到发热体表面从发热体表面通过幅射和借助于空气和其它冷却介质的对流散发到周围介质。从讨论热传导方式（传导、对流、幅射）的基本规律，对发热体某些近似的温升计算方法。二、 热传导定律1、 等温面：热传导只发生在空间中温度有高低差异的温度场中，把具有相同温度的点联接起来便得到等温面（线）。2、 热流密度：单位时间内通过单位等温面的热量 3、 热传导定律：热流强度与各点在等温面的法线方向上的间空间温度变化率或即各点的温度梯度成正比。 “”表示温度梯度的正方向为温度上升的方向，而热量的传播方向总是从高温到低温的为温度下降的方向。当热流只有一个方向，并把其取为x轴时 4、 热阻 两边积分： 假定为如图的单方向平面热传导，且当时，则有从上式可见平面热传导传导温度分布是一条直线。 温差为： 其中：称为热阻对比：热路 电路 热阻的串并联（与电路一样） 串联时的合成热阻： 并联时的合成热阻： 三、 热传导方程（温度场的场问题分析）1、 热传导方程建立温度场和热源之间的关系式叫热传导方程式。 简单的温度场问题可以近似用路来代替的方法进行近似的计算，可是有些复杂的温度场问题如计算绕组导体或铁心沿轴向的温度分布时，就必须用热传导方程来求解。 2、 热传导方程的推导 根据能量守恒原理热传导的微分方程边界条件（时间的起始条件）定解 3、 热传导方程的应用 一根载流铜棒长为l，截面积为S，通过铜棒的电流为I。假定铜棒外面的绝缘较厚，通过绝缘散出去的热量忽略不计。铜棒两端的的维持为不变，求铜棒中的稳定最高温度和平均温度。四、 对流和辐射散热一般情况下热量从发热体散发到周围介质中去的主要是通过两个方式：对流和辐射（一）辐射散热1、 辐射定律： 每秒从每平方米发热体表面辐射出去的热量为 2、 辐射所带走的热量与哪些因素有关决定于发热表面的特性，值，晦暗的物体的辐射能力大于表面有光泽的物体。决定于发热体表面与周围介质的温度。（二）对流散热1、 对流散热： 当固体表面的温度与流体的温度不相等时，它们之间产生热交换，热量将由高温物体传向低温物体，这种交换实际上是传导和对流两种作用，总称为对流换热。 如电机、铁心绕组或其它部件的散热方式就是这种。2、 对流散热能力与哪些因素有关 与固体表面的流动状态有关 固体表面的流动是层流的话：流体仅与固体表面平行，流体仅与固体表面进行流动层；各层之间有流体交换，这时与固体表面垂直方向的热量主要靠传导作用，但流体的导热系数差，所以层流表面散热情况很差。 流体作紊流：流体中大部分质点不再保持平行于壁的运动，热量传递主要依靠对流的作用，对流传热时热阻较小，所以紊流时散热能力大大提高。 与冷却介质的物理性能有关 固体表面的几何形状尺寸及在流体中的位置有关五、 牛顿散热定律和散热系数 实际计算由对流作用带走的热量时，为了方便都采用牛顿散热定律。1、 牛顿散热定律2、 散热系数的确定 决定表面散热能力的因素很多，很复杂，要十分精确地确定散热系数是很困难的，可通过实验由下式近似决定。 空气流速 ： 或 式中：发热表面在平静空气中的散热系数；空气吹拂表面的速度；考虑气流吹拂效率的系数。所以牛顿定律可写成： 称为散热表面到流体的热阻，为散热系数 传导热阻3、等效热路图引入热阻把温度场路计算如从电机绕组端部传给冷却空气时要经过两个热阻，即端部绝缘中的传导热阻和绕组表面散热热阻，总热阻