|
Почётный гражданин KAZUS.RU
Регистрация: 20.08.2010
Адрес: Днепр
Сообщений: 8,568
Сказал спасибо: 5,042
Сказали Спасибо 10,611 раз(а) в 3,604 сообщении(ях)
|
Re: Расчет нагрева нихромовой проволоки
По диаметру проволоки можно вычислить площадь ее сечения. По площади сечения и по удельному сопротивлению нихрома (табличное значение) можно вычислить сопротивление единицы длины этой проволоки (для удобства расчетов можно взять метр) при температуре 20 градусов. Имея сопротивление и ток, легко вычислить мощность, выделяемую на единице длины проволоки (или внутри единицы длины трубки).
По внешнему диаметру трубки можно вычислить площадь наружной поверхности единицы длины трубки.
Перечисленные выше расчеты можно легко проделать за считанные минуты. На этом список легкого и приятного заканчивается. И начинается мутотень.
Задача сводится к расчету теплового баланса между нагреваемой трубкой и окружающей средой. С одной стороны, трубка получает некое количество тепла от проволоки, а с другой стороны часть этого тепла уносится потоком воздуха за счет свободной конвекции, и еще часть тепла отдается в окружающее пространство за счет излучения. При какой температуре наступит равновесие?
Количество излучаемого тепла будет зависеть от площади поверхности, от степени черноты трубки, от температуры ее поверхности, от температуры окружающих предметов и расстояния до них, от наличия/отсутствия отражателя (при его наличии - от его формы.
Количество тепла, уносимого конвекцией, будет зависеть от площади поверхности трубки, от формы поверхности трубки, от шероховатости поверхности трубки, от температуры ее поверхности, от температуры окружающего воздуха, от условий обдува воздухом (наличие/отсутствие дефлекторов, или других устройств, влияющих на направление и форму потока воздуха).
Если удастся измерить все перечисленные факторы, то можно подставить их значения в любые по сложности формулы из курса теплотехники, и получить достаточно точное значение температуры наружной поверхности трубки.
Но на этом мучения не закончатся. Ведь вопрос был о температуре самой проволоки. Ну, эта задача решится намного легче. Просто надо будет вычислить тепловое сопротивление между проволокой и наружной поверхностью трубки. Оно будет зависеть от коэффициента теплопроводности материала трубки и толщины ее стенки, плюс то же самое для изолятора между проволокой и трубкой, и то же самое для масла, если трубка заполнена маслом. Если воздухом - будет немного сложнее.
Может, я что-то и упустил из перечисленного. Но и так видно, что решение задачи на бумаге - довольно кропотливое занятие, и ввиду отсутствия многих исходных данных близкое к невозможному. В подобных вычислениях часто пользуются приблизительными значениями, или полученными эмпирически. Например, "альфа принимает значения от 1 до 20". И какую же точность мы при этом получим?
Учитывая, что объект наших расчетов расположен не на Марсе или Луне, а прямо в руках, то намного проще, быстрее и точнее можно получить результат проведением эксперимента. Тем более, что это для личных целей, а не для диссертации. Значит, не понадобится писать нудные отчеты, с кучей таблиц, графиков и формул.
Пропустите через эту штуку ток, сначала в несколько раз меньший, оцените температуру при наступившем равновесии. Потом то же самое проделайте при других значениях тока, и очень быстро придете к решению.
|
