传热学学习笔记1

2023-10-18 05:50

文章标签 学习笔记传热学

本文主要是介绍传热学学习笔记1，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

前言

基础概念

热传导

对流

热辐射

最后的话

参考文献

前言

电机热仿真需要掌握基本的传热知识，最近开始自学这部分内容，做个笔记记录一下。

参考自《基于热阻网络法的电机温度场分析》，说得很详细。

电机温升是发热、传热和散热过程作用在电机上的综合结果，其温升计算即是以传热学理论为基础。一般地，将物体的传热形式分成热传导、对流和热辐射三种。电机中由损耗产生的热量，一般总是先由发热体内部通过传导作用传到发热体表面，然后再通过对流作用发散到周围介质中去。电机在运行中内部进行着能量转换，产生的铁芯耗、铜绕组损耗、机械损耗以及附加损耗等最终都要变成热能，使电机各个部件发热，冷却介质将其中一部分热能带走，其余的将引起电机温度升高。

基础概念

热传导

热传导是指温度不同的二个物体或一个物体的温度不同的各部分的接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。此外，热量总是由高温向低温方向传导。

根据傅里叶定律，对于热传导的形式，单位时间内通过等温面的热量与各点在等温面法线方向上的空间温度变化率（温度梯度）成正比，即

$q=-\lambda \bigtriangledown T$

𝑞为热流强度（𝑊/𝑚3）；𝜆为导热系数（𝑊/𝑚∙𝐾）；𝑔𝑟𝑎𝑑𝑇为温度梯度（𝐾/𝑚）。由于温度梯度的正方向与热流的正方向相反，所以上式右端加负号。

举个例子：在平板传热中，若平板壁厚为𝐿,两侧的温度分别为 𝑇1和 𝑇2，则上式可以写成

$q=-\lambda \cdot \(T2-T1)/L$

通过导热面积𝐴传导的热量为 :

$Q=\lambda A/L\cdot (T1-T2)$

前面那个系数，就把它定义成热导(W/K)：

$G=\lambda A/L$

对流

对流传热是指宏观上气体、液体中各个不同温度的部分之间发生相对运动所引起的热量传递过程。若流体的对流运动是通过外力作用（如泵、风机等）而产生的，这种形式的热对流即强迫对流，若对流运动是由于流体中的温度差所引起的密度不均匀而产生，则为自然（自由）对流。工程上经常遇到的事动态流体和与其存在温差的固相界面之间的热量传递过程，称为对流传热。

显然，对流散热的热量𝑄与固体对流体的温度差Δ𝑇和散热面积A呈正比:

$Q=\alpha A\Delta T$

𝑄表示单位时间内对流换热量（W）；A为散热面积（𝑚2）对流散热热阻𝑅=1/𝐴𝛼,其中𝛼为比例系数，即表面换热系数，单位是（𝑊/𝑚2𝐾）

热辐射

辐射是指凡温度高于绝对零度的物体都会向外界以电磁波的形式发射能量的过程，而热辐射则是以电磁波形式向外传递能量的现象。辐射能与温度和波长均有关。热辐射伴随能量形式的转变，具有强烈的方向性。

工程上认为每秒从每平方米发热体表面辐射出去的热量:

$Q=hA\Delta T$

ℎ𝑓表示辐射换热系数，单位为𝑊/𝑚2𝐾；Δ𝑇为辐射换热物体间的温差。

热阻网络法

热阻网络法是一种结合传热学与电路理论形成等效电路的温升分析方法。热路图中的热源为绕组的铜损耗以及铁损耗，这些损耗所在部件在计算时认为是均质的。同时，假定分布的热源和热阻由小部分节点上得集中热源与等效热阻代替。损耗热量通过相应热阻，由热源处向冷却介质传递，形成一个复杂的热网络。采用电路网络中基尔霍夫定律来列出全部热平衡方程，然后用求解线性电路的方法，计算出电路各有效部分的平均温升。在下一篇笔记中，会记录电机一般的热阻网络方法（Thermal Network）的例子。