Причины тепловыделения в электроустановках

Понятие «электротермия» объединяет большой класс технологических процессов в различных отраслях промышленности, основой которых служит нагрев материалов и изделий с помощью электрической энергии. Применение электрической энергии для нагрева имеет ряд преимуществ: существенное снижение загрязнения окружающей среды; получение строго заданных значений температур, в том числе и превосходящих уровни, достигаемые при сжигании любых видов топлива; создание сосредоточенных интенсивных тепловых потоков; достижение заданных полей температур в нагреваемом пространстве; строгий контроль и точное регулирование длительности выделения энергии; гибкость управления потоками энергии; возможность нагрева материалов и изделий в газовых средах любого химического состава и в вакууме; выделение тепловой энергии непосредственно в нагреваемом веществе.

Применение электронагрева вместо пламенного в некоторых технологический процессах позволяет получить большую экономию топлива и сократить обслуживающий персонал.

В электротермии можно выделить следующие способы преобразования электрической энергии в тепловую.

Нагрев сопротивлением происходит за счет выделения теплоты в проводящем материале при протекании по нему электрического тока. Этот вид нагрева основан на законе Джоуля — Ленца и применяется в установках прямого и косвенного действия.

В установках прямого действия теплота выделяется непосредственно в нагреваемом изделии, включаемом в цепь. В установках косвенного действия тепловая энергия выделяется в специальных нагревательных элементах и затем по законам теплопередачи поступает в нагреваемый объект. В обоих случаях нагреваемые объекты могут быть в твердом, жидком или газообразном состоянии.

Индукционный нагрев, основанный на преобразовании энергии электромагнитного поля в тепловую по средством наведения в нагреваемом теле вихревых токов и тепловыделения в нем по закону Джоуля — Ленца. Нагрев может осуществляться прямым или косвенным методом.

Диэлектрический нагрев помещенных в высокочастотное электрическое поле непроводящих материалов и полупроводников, происходящий за счет сквозных токов проводимости и смещения при поляризации.

Дуговой нагрев, при котором материал нагревается за счет теплоты, поступающей в него из опорных пятен дуги, а также вследствие теплообмена с дугой и электродами.

Электроннои ионно-лучевой нагрев, в результате которого тепловая энергия выделяется при столкновении быстродвижущихся электронов или ионов, ускоренных электрическим полем, с поверхностью нагреваемого тела.

Плазменный нагрев, основанный на нагреве газа за счет пропускания его через дуговой разряд или высокочастотное электромагнитное или электрическое поле. Полученная таким образом низкотемпературная плазма используется для нагрева различных сред.

Лазерный нагрев, происходящий за счет нагрева поверхности объектов при поглощении ими высококонцентрированных потоков световой энергии, полученных в лазерах — оптических квантовых генераторах.

Основные параметры электротермических установок (мощность, КПД, удельный расход электроэнергии) определяют в результате расчета теплоты, требуемой для технологического процесса, а также расчета процессов теплообмена между источником теплоты и окружающей средой. Теплообмен определяется законами теплопередачи. Процесс теплообмена является сложным, поэтому в инженерных расчетах его подразделяют на более простые составляющие — теплопроводность, конвекцию и излучение.

Теплопроводность — это передача теплоты внутри твердого тела или неподвижной жидкости (газа) от областей с более высокой температурой к областям с более низкой температурой.

Конвекция — теплопередача в жидкостях и газах, при которой перемещаются отдельные частицы и отдельные элементы объема вещества, переносящие присущий им запас тепловой энергии. Перенос теплоты вместе с переносом массы вещества называют конвективным теплообменом.

Излучение — передача теплоты в невидимой и видимой частях спектра. При передаче теплоты излучением энергия передается в форме электромагнитных волн.