Многоэлектродные системы низкотемпературных композиционных электрообогревателей для агропромышленного комплекса

• Автор: Халина, Татьяна Михайловна
• Шифр специальности: 05.20.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 445 с. : ил.

Введение

Глава первая. Состояние вопроса и задачи исследований.

1.1 Определение объекта исследований

1.2 Обзор исследований в области моделирования и создания НТМКЭ для агропромышленного комплекса.
1.3 Основные характеристики НТМКЭ для агропромышленного комплекса, выводы и постановка задач.
Глава вторая. Расчет и анализ электрических параметров многоэлектродных электрообогревателей пластинчатого типа.

2.1 Метод расчета и обоснование расчетных моделей.

2.2 Расчет электрической проводимости между двумя парами копланарных электродов, расположенных в проводнике прямоугольного сечения

2.3 Расчет электрической проводимости между трехэлектродными системами.

2.4 Расчет электрической проводимости многоэлектродных систем низкотемпературных композиционных электрообогревателей

2.5 Расчет частичных проводимостей между копланарными электродами.

2.6 Расчет электрической проводимости между электродами, размещенными в резистивном материале, с учетом их толщины и смещения
2.7 Определение распределения потенциала электрического поля системы с копланарными электродами.
Глава третья. Расчет электрической проводимости осесимметричных низкотемпературных композиционных электрообогревателей
3.1 Электрическая проводимость двухэлектродной системы цилиндрического типа
3.2 Электрическая проводимость трехэлектродной осесимметричной системы.
3.3 Электрическая проводимость многоэлектродной осесимметричной
системы
Глава четвертая. Расчет тепловых параметров низкотемпературных композиционных электрообогревателей.
4.1 Тепловая проводимость электрообогревателя с учетом толщины изоляционного покрытия.
4.2 Тепловая проводимость электрообогревателя с учетом смещения электропроводного материала
4.3 Распределение температуры по поверхности электрообогревателя
с копланарными электродами.
4.4 Расчт и проектирование многоэлектродного электрообогревателя.
4.4.1 Многоэлектродный электрообогреватель пластинчатой формы
4.4.2 Многоэлектродный электрообогреватель цилиндрической формы
Глава пятая. Экспериментальные исследования разработанных электропроводных композиционных материалов и электрообогревателей на их основе
5.1 Определение структурно ориентированной модели, качественных и количественных характеристик отдельных структурных элементов электропроводного композиционного материала.
5.1.1 Цель и методы исследования структурно ориентированной модели.
5.1.2 Оценка морфологии, гранулометрии, фазового состава электропроводного композиционного материала
5.2 Определение однородности композиционного материала
5.2.1 Цель исследования однородности композиционного материала
5.2.2 Определение однородности материала стандартными методами.
5.2.3 Определение однородности материала на микроуровнях
5.2.4 Определение однородности материала с сетчатой структурой распределения наполнителя в полимерной матрице.
5.3 Комплексное исследование электрофизических свойств композиционных материалов
5.3.1 Исследование удельных объемных сопротивлений электропроводных композиционных материалов
5.3.2 Определение температурного коэффициента удельного объем
ного сопротивления композиционного материала
5.3.3 Исследование вольтамперных характеристик электропровод
ного композиционного материала
5.4 Определение теплофизических характеристик композиционных материалов и электрообогревателей на их основе
5.5 Основные характеристики разработанных электрообогревателей. Экспериментальная проверка методики расчета.
Глава шестая. Разработка технологической и проектноконструкторской документации на изготовление промышленных образцов электрообогревателей.
6.1 Определение рецептуры и технологической карты производства
композиционных материалов с заранее заданными свойствами.
6.2 Разработка конструкций НТМКЭ
6.2.1 Многоэлектродные электрообогреватели пластинчатого типа
6.2.2 Многоэлектродные обогреватели цилиндрического типа.
6.3 Основы технологии производства МКЭ
6.3.1 Основы технологии производства электрообогревателей
цилиндрического типа
6.4 Экспериментальное подтверждение выбора параметров технологического процесса
Выводы.
Глава седьмая. Внедрение низкотемпературных многоэлектродных композиционных электрообогревателей и обогревательных систем на их основе на предприятиях АПК
7.1 Система электрообогрева индукционных трехфазных счетчиков электроэнергии.
7.2 Система подогрева зерна на зерноперерабатывающих комплексах
7.2.1 Технологическая схема и теоретические основы расчета шнекового подогрева.
7.2.2 Расчет основных технических характеристик аппарата подогрева зерна.
7.3 Обогревательная система для удаления льда с крыш и водостоков зданий и сооружений
7.4 Экологические аспекты поверхностнораспределенного обогрева при использовании низкотемпературных многоэлектродных композиционных электрообогревателей на основе бутилкаучука
Заключение Основные выводы и результаты исследований.
Список литературы


Выполненный системноаналитический обзор известных отечественных и зарубежных композиционных электрообогревателей низкотемпературного поверхностнораспеределенного нагрева позволил установить комплекс основных электротеплофизических характеристик таких, как температура на поверхности или ее отклонение, удельная мощность, диэлектрические характеристики, структура материалов резистивного и изоляционного слоев и выявил необходимость определения их взаимосвязи с конструктивными параметрами и важнейшими эксплуатационными характеристиками надежностью, электробезопасностью, стойкостью к агрессивным средам, тепловому старению, экологичностью, что обуславливает условия и границы применимости НТКЭ для агропроизводства. Наиболее объективно эта взаимосвязь может быть установлена в результате исследования особенностей структуры электрических и тепловых полей в резистивном материале НТКЭ с учетом различных граничных условий. Обобщенная информационная оценка современного состояния исследований в области разработки и функционирования НТКЭ на предприятиях агропромышленного комплекса показала необходимость применения системного подхода к созданию нового класса многоэлектродных систем низкотемпературных композиционных электрообогревателей пластинчатого и осесимметричного типов, работающих в диапазоне 0 0 К. НТМКЭ призваны обеспечить заданный комплекс физикомеханических и электротеплофизических свойств с возможностями их регулирования с учетом различных влияющих величин, адаптированных к агрессивным средам животноводческих, птицеводческих и зерноперерабатывающих предприятий, обладающих высокой степенью электропожаробезопасности, экологичности, экономически эффективных, отвечающих требованиям конктретного объекта обогрева. Возможные области их применения поясняются рисунком 1. Таким образом, целью работы явилось теоретическое обоснование и разработка многоэлектродных систем НТКЭ, обеспечивающих требуемые техникоэкономические характеристики, и создание на их основе электрообогреватель ых систем для предприятий агропромышленного комплекса. Рисунок 1. Оценивание состояния многоэлектродной системы в стационарных однородных электрическом и тепловом полях предполагает определение комплекса электрических и тепловых параметров многоэлектродных НТКЭ, включающего наряду с электрической и тепловой проводимостями распределение потенциала и температуры по поверхности электрообогревателя. Обобщенные схемы разработанных многоэлектродных композиционных электронагревателей пластинчатого типа приведены на рисунках 2. Строгое решение задачи может быть получено только в результате расчета создаваемого системой электродов стационарного электрического поля. Электростатическое, стационарное электрическое поле в проводящей среде, стационарное тепловое плоскопараллельные потенциальные поля описываются одним и тем же дифференциальным уравнением в частных производных эллиптического типа
дх. При рассмотрении движения электрического тока в проводящей среде функция и будет электрическим потенциалом, а коэффициенты Ах, у удельной проводимостью среды в данной точке х, у, в стационарных задачах термодинамики и значение температуры, а А,х,у значение коэффициента теплопроводности в данной точке х, у. Таким образом, с учетом математической аналогии потенциальных полей , Приложение 1 при аналитическом решении уравнения 2. А, может быть различным. Ценность аналитического решения заключается также в возможности определения не только самой функции и, но и производных от нее с заданной степенью точности. УЖШЩХЩ I У
Рисунок 2. Г 1 и
и
Рисунок 2. К настоящему времени не найдено общих эффективных методов аналитического решения уравнения Лапласа за исключением ряда задач расчета плоскопараллельных электростатических полей , , , и расчета полей электрического тока в проводящей среде для двухэлектродных систем 7, 3. Предлагаемая глава посвящена оцениванию состояния различных вариантов многоэлектродных систем методом непосредственного определения напряженности электрического поля в сочетании с методом конформных преобразований. Этот метод основан на введении вспомогательной функции у х, у, выражающей величину угла, образуемого вектором напряженности плоскопараллелыюго поля в какойлибо точке рассматриваемой области с одной из осей декартовой системы координат. Расчет вспомогательной функции у х, у оказывается более простым, чем расчет потенциала при смешанных граничных условиях. Комплексная напряженность плоскопараллельного электрического поля находится в соответствии с , по формуле
2. Эу Э1пЕ дх ду о1пЕ
2.