НАГРІВАННЯ АПАРАТІВ У ПЕРЕХІДНИХ РЕЖИМАХ

а) Перехідний процес при нагріванні й охолодженні. Після включення апарата температура його елементів не відразу досягає сталих значень. Якщо тепло, що віддається в навколишній простір, можна розрахувати за формулою Ньютона, то енергетичний баланс при нагріванні тіла виражається рівнянням:

 

де Р – потужність теплових втрат у тілі;

С – теплоємність тіла, дорівнює С = сМ;

с– питома теплоємність одиниці маси, Вт с/кг °С;

М – маса тіла, кг.

Перший член правої частини цього рівняння є кількість тепла, що віддається тілом у навколишнє середовище за час dt; другий – кількість тепла, сприймана тілом при зміні його температури на dq. При сталості температури навколишнього середовища q0, мабуть, dq = dt, тому що t = q – q0

 

Можливі три режими роботи апарата. Перший режим характеризується сталістю потужності, що до нього підводиться:

 

 

Цей випадок зустрічається при послідовному включенні апарата в ланцюг і незначній зміні його опору R0 із зростанням температури. При другому режимі струм через апарат у процесі нагрівання не змінюється I0 — const, тому що його опір значно менший за опір навантаження і опір іншої частини ланцюга. Унаслідок нагрівання опір струмоведучого ланцюга апарата змінюється. Тоді потужність, що підводиться до апарата, дорівнює:

 

При третьому режимі обмотка апарата підключена до напруги U джерела нескінченної потужності. Звичайно так включаються котушки контакторів, реле напруги, проміжних реле. У цьому разі

 

 

Розв’язання не викликає труднощів:

 

 

де t0 — перевищення температури на початку процесу (t = 0);

tу — усталене перевищення температури, дорівнює tу = P/kтS;

Т— стала часу нагрівання, дорівнює cM/kтS, с.

Залежність t(t) зображена на рис. 24 (крива 1). При t0 =0 крива t(t) має вигляд, наведений на рис. 24 (крива 2). Очевидно, що чим більше Т, тим повільніше нагрівається тіло.

В усталеному режимі усе виділюване тепло віддається в навколишнє середовище.

Рис. 24 – Перехідний процес нагріву і охолодження однорідного тіла

 

Проведемо дотичну на початку координат до кривої t(t):

або .