Схемы источников теплоты

б) по характеру перемещения — неподвижные, подвижные и быстродвижущиеся;

в) по характеру распределения теплоты источника в теле - распределенные по объему, по поверхности и сосредоточенные.

Схему мгновенного источника используют при определении температуры после кратковременного действия сварочного источника. В этом случае

Рис. 18. Схемы нагреваемых тел и соответствующие им схемы сосредоточенных источников:

а - точечный источник на поверхности полубесконечного тела; б - точечный источник на поверхности плоского слоя; в – линейный источник в пластине; г – плоский источник в стержне.

принимают, что вся теплота источника Q=q×Dt, где q - его эффективная мощность, а Dt - длительность действия, выделяется мгновенно в момент времени t= 0, соответствующий середине интервала Dt. Точность расчетов по этой схеме возрастает при уменьшении отношения Dt/t - длительности действия источника к расчетному значению времени.

Схему непрерывно действующего источника выбирают при длительном действии источника и используют при расчетах температурного поля как во время действия источника, так и после его выключения.

Схему неподвижного источника теплоты применяют при длительном действии сварочного источника, когда скорость его движения равна нулю.

Схема подвижного источника теплоты соответствует сварочному источнику перемещающемуся в теле или по его поверхности. Обычно источник движется прямолинейно с постоянной скоростью v и имеет постоянную мощность q.

При использовании схемы быстродвижущегося источника пренебрегают распространением теплоты в направлении перемещения источника. Эта схема соответствует мощным сварочным источникам, движущимся с большой скоростью.

Схему объемного или внутреннего источника применяют при распределении удельной тепловой мощности w Вт/см³ по объему тела. В частном случае удельная мощность постоянна. Обычно схема внутреннего источника соответствует нагреву электрическим током, текущим через тело.

Схему поверхностного источника выбирают при распределении плотности теплового потока источника по поверхности тела. В основном применяют следующие схемы источников, распределенных по плоской поверхности: равномерный, нормально-круговой и нормально-полосовой (рис.19). Распределение плотности тепловых потоков этих источников описывается соответственно уравнениями:

q ₂ = const; ; ,

где q _2м - максимальная плотность теплового потока, Вт/см²;

k - коэффициент сосредоточенности теплового потока см^-2.

Различают три схемы сосредоточенных источников: точечный, линейный и плоский. Схема источника обычно соответствует определенной схеме нагреваемого тела (рис. 18): теплота точечного источника выделяется в точке 0 на поверхности полубесконечного тела или плоского слоя, теплота линейного источника выделяется равномерно по толщине пластины на отрезке 00', а теплота плоского источника - равномерно в плоскости x =0 поперечного сечения стержня.

Схему сосредоточенного источника применяют при определении температурного поля высококонцентрированных сварочных источников.

Температурное поле существенно зависит от характера распределения источника лишь в объеме тела, соизмеримом с областью тепловыделения. В области, удаленной от источника, температурное поле практически не изменяется, если заменить распределенный источник теплоты приложенным в центре его тепловыделения сосредоточенным источником равной мощности. В этом состоит принцип местного влияния.

В соответствии с принципом местного влияния при определении температурного поля таких сварочных источников, как электрическая дуга, электронный луч, лазер, в области, не слишком близкой к пятну нагрева, используют схему сосредоточенного источника.

а) б)

в)