Нагрев и охлаждение трансформаторов - Киш Л.
Скачать (прямая ссылка):
Тогда
Толщина пограничного слоя в вертикальном канале будет меньше этого значения, так как радиальный размер канала ограничен.
Зависимость гидравлического сопротивления от толщины пограничного слоя в вертикальном масляном канале
Толщина пограничного слоя по формуле Экерта, обозначаемая в дальнейшем через , равна толщине такого масляного капала, в котором может протекать 90% того количества масла, которое протекало бы в неограниченном полупространстве (рис. 2-12). На рис. 2-12 через х обозначено расстояние от нагретой стенки до рассматриваемой точки. При ограничении поперечного сечения самопроизвольно образовавшегося потока, т. е. при превращении неограниченного полупространства в масляный капал с радиальным размером, меньшим или равным размеру по формуле Экерта, кривая распределения скорости по поперечному сечению канала резко меняется. Скорость движения масла уменьшается вдвое почти независимо от радиального размера b вертикального канала (рис. 2-13). На рис. 2-13 показаны кривые и распределения скорости для двух размеров: и . Можно сказать в качестве правила, что при любом канале, радиальный размер которого попадает в пределы толщины самопроизвольно устанавливающегося пограничного слоя, возникает увеличение гидравлического сопротивления, уменьшение расхода масла и увеличение осевого перепада температуры масла в обмотке . Из сказанного следует и то, что применение вертикального канала с радиальным размером, превышающим толщину самопроизвольно устанавливающегося пограничного слоя, не приводит к заметному улучшению процесса циркуляции масла, а применение вертикальных каналов с радиальным размером, меньшим половины толщины пограничного слоя по формуле Экерта, вызывает существенное увеличение гидравлического сопротивления. Такие маленькие каналы по конструктивным соображениям не применяются.
Рис. 2-12. Кривая распределения скорости масла в пограничном слое у теплоотдающей поверхности, размещенной в неограниченном полупространстве.
- толщина пограничного слоя.
Рис. 2-13. Изменение наибольшего значения скорости масла в пограничном слое при бесконечном и конечных радиальных размерах канала , и .
Кривая, распределения скорости масла в вертикальном канале
Выше было рассмотрено влияние радиального размера вертикального канала на процесс циркуляции масла и изменение кривой распределения скорости (рис. 2-13).
Согласно [7] распределение скорости среды в пределах пограничного слоя при циркуляции в неограниченном полупространстве формируется по рис. 2-14. Безразмерная величина , отложенная по оси абсцисс, определяется числом Грасгофа в точке: . Скорость в точке с координатами х, у может быть найдена по диаграмме рис. 2-14.
Рис. 2-14. Влияние числа Pr на кривую распределения скорости среды в пограничном слое у нагретой поверхности в неограниченном полупространстве по данным III [7].
x,y - координаты рассматриваемой точки, м; w - скорость движения среды в вертикальном направлении, м/с;
Вернемся к рис. 2-13. Измерения показали, что если радиальный размер масляного канала не является бесконечным, а меньше ли равен , то наибольшее значение скорости составляет 40-60% значения, определенного по диаграмме III [7]. Тормозящее влияние канала с ограниченными размерами заключается не только в том, что скорость масла у стенок канала должна равняться нулю, но и в том, что у ненагретой стенки масло имеет более высокую вязкость, чем со стороны катушек. В канале с двумя нагревающимися стенками (капал с двусторонним подогревом) пограничный слой возникает с обеих сторон, и оба пограничных слоя могут соприкасаться между собой, по наибольшее значение скорости масла не будет уменьшаться до тех пор, пока радиальный размер канала больше двойного расстояния между стенкой и точкой, в которой скорость имеет наибольшее значение (рис. 2-15). Из рис. 2-16 видно, что в канале с одной нагревающейся стенкой (канал с односторонним подогревом) движущийся поток масла не заполняет нею ширину канала и точки, в которых скорость наибольшая, расположены вблизи нагревающейся стенки. В опытах наблюдалось образование потока с направлением движения, обратным направлению движения основного потока (рис. 2-17).
Рис. 2-15. Кривая распределения скорости масла в вертикальном канале с двусторонним подогревом.
Рис. 2-16. Кривые изменения распределения скорости масла по высоте вертикального канала с односторонним подогревом при толщине пограничного слоя, меньшей радиального размера канала.
Рис. 2-17. Обратная циркуляция масла в вертикальном канале с односторонним подогревом.
Поперечное сечение потока масла
Для вертикального канала с односторонним подогревом распределение скорости масла не является квадратичной функцией и фактическое сечение движущегося потока меньше, чем геометрическое сечение масляного канала. Если толщину движущегося в канале потока масла принять равной , то циркуляция с точки зрения гидравлики равноценна ламинарному режиму течения с параболическим распределением скорости и для определения потери напора можно исходить из уравнения для сопротивления трения в трубах при ламинарном режиме течения среды.
