Задание: Рассчитать процесс нагрева и охлаждения проводников в пазу электрической машины. Построить графики изменения температуры вдоль оси паза (от дна паза к клину) для моментов времени t = 0.3, 1, 1.5, 3.5, 5, 6.5, 8 ч. Построить графики изменения температуры во времени в течение всего цикла нагрева и охлаждения на дне паза и на поверхности первого проводника.
Объект: Зубцовая зона статора синхронного двигателя мощностью 500 кВт.
Тип задачи: Нестационарная теплопередача.
Класс задачи: Плоская.
Геометрия (все размеры заданы в миллиметрах):
Область расчета представляет собой сегмент поперечного сечения статора двигателя в объеме одного зубцового деления (сегмент 10°). Два стержневых проводника, уложенные в прямоугольном пазу, нагреваются омическими потерями. Охлаждение осуществляется потоком воздуха через осевой вентиляционный канал и по наружной и внутренней поверхностям статора.
Предполагается однородное распределение температуры в двигателе, перед тем как он был внезапно включен в сеть. Условия охлаждения не меняются в процессе работы. После того как двигатель нагрелся до установившейся температуры, его отключают от сети, и начинается процесс остывания. Начальная температура для задачи остывания берется из предыдущей задачи нагрева. Условия охлаждения при остывании неизменны, но отличаются от тех, что были при нагревании.
Исходные данные:
Начальная температура зубцовой зоны 20 0 С.
Время нагрева – 3 ч.
Время охлаждения – 6.3 ч.
Удельная мощность тепловыделения в каждом проводнике: 180 000 Вт/м3;
Сталь | Проводник | Изоляция | Клин | |
Теплопроводность l, Вт/К×м | 0.15 | 0.25 | ||
Теплоемкость С, Дж/кг×К | ||||
Плотность r, кг/м3 |
Граничные условия (конвекция):
Коэффициент теплоотдачи (Вт/К×м2) | Температура омывающего воздуха (С0) | ||
Двигатель включен | Двигатель выключен | ||
Внутренняя поверхность статора | |||
Внешняя поверхность статора | |||
Вентиляционный канал |