2 . Основы теории гидравлических
И АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ РАСЧЁТОВ
В главе рассматриваются основы теории гидравлических и аэродинамических расчетов, которые базируются на представлении охлаждающих сред в виде жидкости с различными свойствами, но имеющей особенности сплошной среды. Рассматриваются основные уравнения гидростатики и гидродинамики, которые позволяют описывать охлаждающую среду в виде поля скоростей движения жидкости, поля давлений и температур. Показан переход к упрощённым инженерным методикам расчёта.
Цель главы – изучить основные законы гидравлики, показать возможность их использования в практике проектирования систем охлаждения электрических машин, рассмотреть переход к упрощенным инженерным методикам расчета тепловых параметров. |
ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЛАВЫ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ
Основные понятия гидравлики и аэродинамики;
Параметры, характеризующие основные физические свойства охлаждающих сред;
Основные газовые законы. Уравнения Менделеева – Клапейрона.
Уравнение Ван-дер-Ваальса.
Основное уравнение гидростатики.
Основные понятия гидродинамики. Гидравлические элементы потока жидкости.
Уравнение непрерывности потока жидкости.
Уравнение Эйлера. Уравнение Навье – Стокса. Уравнение Бернулли.
Режимы течения жидкостей.
От чего зависит сопротивление жидкости при ламинарном течении?
Как рассчитывается сопротивление жидкости при турбулентном течении?
Понятие местного гидравлического сопротивления.
Теорема количества движения. Расчёт коэффициентов местных сопротивлений.
Порядок составления эквивалентной гидравлической схемы электрической машины.
Последовательное и параллельное соединение гидравлических сопротивлений.
2.1. Основные понятия и уравнения аэродинамики гидравлики
Гидравлика – наука, изучающая законы равновесия и движения жидкостей с соприкасающимися с ними покоящимися или движущимися твёрдыми телами.
Гидравлика состоит из гидростатики и гидродинамики.
Гидростатика – изучает законы равновесия жидкостей и их действие на ограничивающие стенки.
Гидродинамика – изучает законы движения жидкостей и их взаимодействие с ограничивающими стенками.
Жидкость – физическое тело, обладающее свойствами текучести, ввиду чего жидкость не имеет собственной формы и принимает форму сосуда, который она напоминает.
Жидкости бывают двух видов: капельные и газообразные.
Капельные жидкости характеризуются высоким сопротивлением сжатию (почти полной не сжимаемостью и малым сопротивлением, растягивающим усилиям и касательным усилиям, обусловленным незначительностью сил сцепления и сил трения между частицами. К капельным жидкостям относится вода, спирт, трансформаторное масло и т.п.
Газообразные жидкости обладают большой сжимаемостью, не оказывают сопро-тивления растягивающим усилиям и имеют малую вязкость.
В гидравлике принято рассматривать жидкость как сплошную среду. При этом рассматривают движение элементарных объемов жидкости, которые достаточно больше по сравнению с расстояниями между молекулами, благодаря чему движение жидкости можно рассматривать как движение непрерывной среды с непрерывно меняющимися параметрами (давление, плотность и т.д.).
В тепловом отношении электрическая машина – это совокупность твёрдых и нетвёрдых тел, взаимодействие которых в процессе теплопереноса формирует поле температуры Т.
При этом нетвёрдые тела в электрических машинах это охлаждающие среды.
Таким образом, всё нетвёрдые тела можно подразделить на три группы:
жидкие тела с большой вязкостью;
жидкие тела с малой вязкостью; (капельные жидкости);
газообразные жидкие тела (газы).
При анализе электрической машины, как гидравлической и тепловой системы, используют уравнения гидромеханики и теплообмена с соответствующими краевыми уравнениями.
Эти уравнения связывают основные и формирующие параметры гидродинамических и тепловых систем и для стационарного трёхмерного случая имеют вид [1,8].
, (2.1)
где ρ, ν, с, λ, – плотность, кинематический коэффициент вязкости, теплоёмкость (при постоянном объёме), коэффициент теплопроводности среды;
– вектор скорости охладителя; f
– вектор напряжённости массовых сил;
р – гидростатическое давление;
μD – функция диссипации, учитывающая подогрев среды за счёт рассеивания в ней работы сил вязкости;
– оператор Гамильтона.