Aliran panas. kerapatan fluks panas. hukum Fourier. Pengukuran kerapatan fluks panas (radiasi termal) Istilah dan definisi

GOST 25380-82

Grup G19

STANDAR NEGARA PERSATUAN SSR

BANGUNAN DAN KONSTRUKSI

Metode untuk mengukur kerapatan fluks panas,

melewati selubung bangunan

Bangunan dan struktur.

Metode pengukuran kepadatan aliran panas

melewati struktur kandang

Tanggal perkenalan 1983 - 01-01

DISETUJUI DAN DIPERKENALKAN OLEH Resolusi No. 182 Komite Negara Uni Soviet untuk Urusan Konstruksi tanggal 14 Juli 1982

REPUBLIKASI. Juni 1987

Standar ini menetapkan metode terpadu untuk menentukan kerapatan fluks panas yang melewati selubung bangunan lapis tunggal dan lapis ganda dari bangunan dan struktur perumahan, publik, industri dan pertanian selama studi eksperimental dan di bawah kondisi operasinya.

Pengukuran kerapatan fluks panas dilakukan pada suhu sekitar dari 243 hingga 323 K (dari minus 30 hingga plus 50°C) dan kelembaban udara relatif hingga 85%.

Pengukuran densitas fluks panas memungkinkan untuk mengukur kinerja termal dari struktur penutup bangunan dan struktur dan untuk menetapkan konsumsi panas aktual melalui struktur penutup eksternal.

Standar ini tidak berlaku untuk struktur penutup yang tembus cahaya.

1. Ketentuan Umum

1.1. Metode untuk mengukur kerapatan fluks panas didasarkan pada pengukuran perbedaan suhu pada "dinding bantu" (pelat) yang dipasang pada selubung bangunan. Perbedaan suhu ini, yang sebanding dengan kerapatannya dalam arah fluks panas, diubah menjadi ggl. baterai termokopel yang terletak di "dinding bantu" sejajar dengan aliran panas dan dihubungkan secara seri sesuai dengan sinyal yang dihasilkan. "Dinding bantu" dan tumpukan termokopel membentuk konverter fluks panas

1.2. Densitas fluks panas diukur pada skala perangkat khusus, yang mencakup konverter fluks panas, atau dihitung dari hasil pengukuran ggl. pada transduser fluks panas yang telah dikalibrasi sebelumnya.

Skema untuk mengukur kerapatan fluks panas ditunjukkan pada gambar.

Skema untuk mengukur kerapatan fluks panas

1 - struktur penutup; 2 - konverter fluks panas; 3 - pengukur ggl;

Suhu udara internal dan eksternal; , , - suhu luar ruangan,

permukaan internal dari struktur penutup di dekat dan di bawah transduser, masing-masing;

Resistansi termal selubung bangunan dan konverter fluks panas;

Densitas fluks panas sebelum dan sesudah pemasangan transduser.

2. Perangkat Keras

2.1. Untuk mengukur kerapatan fluks panas, digunakan perangkat ITP-11 (diizinkan menggunakan model perangkat ITP-7 sebelumnya) sesuai dengan spesifikasi.

Karakteristik teknis perangkat ITP-11 diberikan dalam referensi Lampiran 1.

2.2. Selama pengujian termal struktur penutup, diperbolehkan untuk mengukur kerapatan fluks panas menggunakan konverter fluks panas yang diproduksi dan dikalibrasi secara terpisah dengan ketahanan termal hingga 0,025-0,06 (sq.m) / W dan perangkat yang mengukur ggl yang dihasilkan oleh konverter .

Diperbolehkan menggunakan konverter yang digunakan dalam instalasi untuk menentukan konduktivitas termal sesuai dengan GOST 7076-78.

2.3. Konverter aliran panas menurut pasal 2.2 harus memenuhi persyaratan dasar berikut:

bahan untuk "dinding bantu" (pelat) harus mempertahankan sifat fisik dan mekaniknya pada suhu sekitar 243 hingga 323 K (dari minus 30 hingga plus 50°C);

bahan tidak boleh dibasahi dan dibasahi dengan air dalam fase cair dan uap;

rasio diameter transduser dengan ketebalannya harus setidaknya 10;

konverter harus memiliki zona pelindung yang terletak di sekitar baterai termokopel, yang ukuran liniernya harus setidaknya 30% dari radius atau setengah dari ukuran linier konverter;

setiap konverter fluks panas yang diproduksi harus dikalibrasi dalam organisasi yang, dengan cara yang ditentukan, telah menerima hak untuk memproduksi konverter ini;

di bawah kondisi lingkungan di atas, karakteristik kalibrasi transduser harus dipertahankan setidaknya selama satu tahun.

2.4. Kalibrasi transduser menurut ayat 2.2 diizinkan untuk dilakukan pada instalasi untuk menentukan konduktivitas termal sesuai dengan GOST 7076-78, di mana kerapatan fluks panas dihitung dari hasil pengukuran perbedaan suhu pada sampel referensi bahan yang disertifikasi sesuai dengan GOST 8.140-82 dan dipasang sebagai pengganti sampel yang diuji. Metode kalibrasi untuk konverter fluks panas diberikan dalam lampiran 2 yang direkomendasikan.

2.5. Konverter diperiksa setidaknya setahun sekali, seperti yang ditunjukkan dalam paragraf. 2.3, 2.4.

2.6. Untuk mengukur ggl. konverter fluks panas, diizinkan untuk menggunakan potensiometer portabel PP-63 sesuai dengan GOST 9245-79, voltammeter digital V7-21, F30 atau meter ggl lainnya, di mana kesalahan yang dihitung di wilayah ggl terukur. dari konverter fluks panas tidak melebihi 1% dan resistansi input setidaknya 10 kali lebih tinggi dari resistansi internal konverter.

Dalam pengujian termal selubung bangunan menggunakan transduser terpisah, lebih disukai menggunakan sistem dan perangkat perekaman otomatis.

3. Persiapan untuk pengukuran

3.1. Pengukuran kerapatan fluks panas dilakukan, sebagai suatu peraturan, dari bagian dalam struktur penutup bangunan dan struktur.

Diijinkan untuk mengukur kerapatan fluks panas dari luar struktur penutup jika tidak mungkin untuk mengukurnya dari dalam (lingkungan agresif, fluktuasi parameter udara), asalkan suhu yang stabil di permukaan dipertahankan. Kontrol kondisi perpindahan panas dilakukan dengan menggunakan probe suhu dan alat untuk mengukur kerapatan fluks panas: ketika diukur selama 10 menit, pembacaannya harus berada dalam kesalahan pengukuran instrumen.

3.2. Area permukaan dipilih spesifik atau karakteristik untuk seluruh selubung bangunan yang diuji, tergantung pada kebutuhan untuk mengukur kerapatan fluks panas lokal atau rata-rata.

Area yang dipilih pada struktur penutup untuk pengukuran harus memiliki lapisan permukaan dari bahan yang sama, pemrosesan dan kondisi permukaan yang sama, memiliki kondisi perpindahan panas radiasi yang sama dan tidak boleh berdekatan dengan elemen yang dapat mengubah arah dan nilai. dari aliran panas.

3.3. Area permukaan struktur penutup, tempat konverter fluks panas dipasang, dibersihkan sampai kekasaran yang terlihat dan nyata dihilangkan.

3.4. Transduser ditekan dengan kuat di seluruh permukaannya ke struktur penutup dan dipasang pada posisi ini, memastikan kontak konstan transduser fluks panas dengan permukaan area yang dipelajari selama semua pengukuran berikutnya.

Saat memasang transduser di antara itu dan struktur penutup, pembentukan celah udara tidak diperbolehkan. Untuk mengecualikan mereka, lapisan tipis vaseline teknis diterapkan ke area permukaan di lokasi pengukuran, menutupi ketidakteraturan permukaan.

Transduser dapat diperbaiki di sepanjang permukaan lateralnya menggunakan larutan gipsum bangunan, vaselin teknis, plastisin, batang dengan pegas, dan cara lain yang mengecualikan distorsi fluks panas di zona pengukuran.

3.5. Selama pengukuran operasional kerapatan fluks panas, permukaan lepas transduser direkatkan dengan lapisan bahan atau dicat dengan cat dengan tingkat emisivitas yang sama atau serupa dengan perbedaan 0,1 seperti bahan lapisan permukaan struktur penutup.

3.6. Perangkat pembacaan ditempatkan pada jarak 5-8 m dari lokasi pengukuran atau di ruangan yang berdekatan untuk menghilangkan pengaruh pengamat pada nilai fluks panas.

3.7. Saat menggunakan perangkat untuk mengukur ggl, yang memiliki batasan pada suhu sekitar, mereka ditempatkan di ruangan dengan suhu udara yang dapat diterima untuk pengoperasian perangkat ini, dan konverter fluks panas terhubung ke mereka menggunakan kabel ekstensi.

Saat mengukur dengan perangkat ITP-1, konverter fluks panas dan perangkat pengukur terletak di ruangan yang sama, terlepas dari suhu udara di dalam ruangan.

3.8. Peralatan menurut ayat 3.7 disiapkan untuk operasi sesuai dengan instruksi pengoperasian untuk perangkat yang sesuai, termasuk dengan mempertimbangkan waktu pemaparan yang diperlukan dari perangkat untuk menetapkan rezim suhu baru di dalamnya.

4. Melakukan pengukuran

4.1. Pengukuran kerapatan fluks panas dilakukan:

saat menggunakan perangkat ITP-11 - setelah pemulihan kondisi perpindahan panas di ruangan dekat bagian kontrol dari struktur penutup, terdistorsi selama operasi persiapan, dan setelah pemulihan langsung di lokasi uji rezim perpindahan panas sebelumnya yang terganggu saat konverter terpasang;

selama pengujian termal menggunakan konverter fluks panas sesuai dengan ayat 2.2 - setelah permulaan keadaan tunak baru dari perpindahan panas di bawah konverter.

Setelah melakukan operasi persiapan sesuai dengan paragraf. 3.2-3.5 saat menggunakan perangkat ITP-11, mode perpindahan panas di lokasi pengukuran dipulihkan kira-kira setelah 5 - 10 menit, saat menggunakan konverter fluks panas sesuai dengan pasal 2.2 - setelah 2-6 jam.

Indikator penyelesaian mode perpindahan panas transien dan kemungkinan pengukuran kerapatan fluks panas dapat dianggap sebagai pengulangan hasil pengukuran kerapatan fluks panas dalam kesalahan pengukuran yang ditetapkan.

4.2. Saat mengukur aliran panas dalam selubung bangunan dengan resistansi termal kurang dari 0,6 (sq.m) / W, suhu permukaannya diukur secara bersamaan menggunakan termokopel pada jarak 100 mm dari konverter, di bawahnya dan suhu dari udara internal dan eksternal pada jarak 100 mm dari dinding.

5. Pemrosesan hasil

5.1. Saat menggunakan perangkat ITP-11, nilai kerapatan fluks panas (W / sq.m) diperoleh langsung dari skala perangkat.

5.2. Saat menggunakan transduser dan milivoltmeter terpisah untuk mengukur ggl. kerapatan fluks panas yang melewati konverter, , W/sq.m, dihitung dengan rumus

(1)

5.3. Penentuan koefisien kalibrasi transduser, dengan mempertimbangkan suhu uji, dilakukan sesuai dengan Lampiran 2. yang direkomendasikan.

5.4. Nilai kerapatan fluks panas, W / sq.m, bila diukur menurut ayat 4.3 dihitung dengan rumus

(2)

di mana -

dan -

suhu udara luar di depan konverter, K (°С);

suhu permukaan di area pengukuran di dekat transduser dan di bawah transduser, masing-masing, K (°С).

5.5. Hasil pengukuran dicatat dalam bentuk yang diberikan dalam Lampiran 3 yang direkomendasikan.

5.6. Hasil penentuan kerapatan fluks panas diambil sebagai mean aritmatika dari hasil lima pengukuran pada satu posisi transduser pada selubung bangunan.

Lampiran 1

Referensi

Karakteristik teknis perangkat ITP-11

Perangkat ITP-11 adalah kombinasi dari konverter fluks panas menjadi sinyal arus searah listrik dengan alat pengukur, yang skalanya diluluskan dalam satuan kerapatan fluks panas.

1. Batas pengukuran kerapatan fluks panas: 0-50; 0-250 W/sq.m.

2. Pembagian harga skala instrumen: 1; 5 W/m persegi

3. Kesalahan utama perangkat dalam persen pada suhu udara 20 °C.

4. Kesalahan tambahan akibat perubahan suhu udara di sekitar alat pengukur tidak melebihi 1% untuk setiap perubahan suhu 10 K (°C) dalam kisaran 273 hingga 323 K (dari 0 hingga 50°C).

Kesalahan tambahan karena perubahan suhu konverter fluks panas tidak melebihi 0,83% per 10 K (°С) perubahan suhu dalam kisaran 273 hingga 243 K (dari 0 hingga minus 30 °С).

5. Resistansi termal dari konverter fluks panas - tidak lebih dari 3·10 (kv/m·K)/W.

6. Waktu untuk menetapkan indikasi tidak lebih dari 3,5 menit.

7. Dimensi keseluruhan kasing - 290x175x100 mm.

8. Dimensi keseluruhan konverter fluks panas: diameter 27 mm, tebal 1,85 mm.

9. Dimensi keseluruhan alat pengukur - 215x115x90 mm.

10 Panjang kabel penghubung listrik - 7 m.

11. Berat perangkat tanpa kasing - tidak lebih dari 2,5 kg.

12. Catu daya - 3 elemen "316".

Lampiran 2

Metode kalibrasi konverter fluks panas

Konverter fluks panas yang diproduksi dikalibrasi di instalasi untuk menentukan konduktivitas termal bahan bangunan menurut GOST 7076-78, di mana konverter yang dikalibrasi dan sampel bahan referensi menurut GOST 8.140-82 dipasang sebagai ganti sampel uji .

Saat kalibrasi, ruang antara pelat pengatur suhu instalasi dan sampel referensi di luar konverter harus diisi dengan bahan yang serupa dalam sifat termofisika dengan bahan konverter untuk memastikan satu dimensi dari fluks panas yang melewatinya. itu di bagian kerja instalasi. pengukuran E.m.f pada konverter dan sampel referensi dilakukan oleh salah satu perangkat yang tercantum dalam pasal 2.6 standar ini.

Koefisien kalibrasi transduser, W / (sq.m mV) pada suhu rata-rata tertentu dari percobaan ditemukan dari hasil pengukuran kerapatan fluks panas dan ggl. sesuai dengan hubungan berikut

Densitas fluks panas dihitung dari hasil pengukuran perbedaan suhu pada sampel referensi sesuai dengan rumus


di mana		konduktivitas termal dari bahan referensi, W/(m.K);
		suhu permukaan atas dan bawah standar, masing-masing, K(°С);
		ketebalan standar, m

Disarankan untuk memilih suhu rata-rata dalam percobaan saat mengkalibrasi transduser dalam kisaran 243 hingga 323 K (dari minus 30 hingga plus 50 °C) dan mempertahankannya dengan penyimpangan tidak lebih dari ±2 K (°C) .

Hasil penentuan koefisien konverter diambil sebagai mean aritmatika dari nilai-nilai yang dihitung dari hasil pengukuran minimal 10 kali percobaan. Jumlah angka signifikan pada nilai faktor kalibrasi transduser diambil sesuai dengan kesalahan pengukuran.

Koefisien suhu transduser, K (), didapat dari hasil pengukuran ggl. dalam percobaan kalibrasi pada berbagai suhu transduser rata-rata sesuai dengan rasio


di mana ,	Suhu rata-rata transduser dalam dua percobaan, K (°C);
	Koefisien kalibrasi transduser pada suhu rata-rata, masing-masing, dan , W/(sq.m V).

Perbedaan antara suhu rata-rata dan harus setidaknya 40 K (°C).

Hasil penentuan koefisien temperatur transduser diambil sebagai nilai rata-rata aritmatika dari densitas yang dihitung dari hasil minimal 10 percobaan dengan temperatur rata-rata transduser yang berbeda.

Nilai koefisien kalibrasi dari konverter fluks panas pada suhu uji , W / (sq.m mV), ditemukan dengan rumus berikut

di mana

(Nilai koefisien kalibrasi transduser pada suhu uji

W/(sq.m.mV)

Jenis dan jumlah alat pengukur


Jenis pagar		Pembacaan instrumen, mV		Nilai kerapatan fluks panas
Sup kubis konstan-	nomor lot	Nomor pengukuran	Rata-rata situs	berskala	sah
keributan

Tanda tangan operator ___________________

Tanggal pengukuran ___________

Teks dokumen diverifikasi oleh:

publikasi resmi

Gosstroy dari Uni Soviet -

M.: Rumah penerbitan standar, 1988

20.03.2014

Pengukuran densitas fluks panas yang melewati selubung bangunan. GOST 25380-82

Fluks panas - jumlah panas yang ditransfer melalui permukaan isotermal per satuan waktu. Aliran panas diukur dalam watt atau kkal / jam (1 W \u003d 0,86 kkal / jam). Fluks panas per unit permukaan isotermal disebut kerapatan fluks panas atau beban panas; biasanya dilambangkan dengan q, diukur dalam W / m 2 atau kkal / (m 2 × h). Kerapatan fluks panas adalah vektor, setiap komponen yang secara numerik sama dengan jumlah panas yang ditransfer per satuan waktu melalui luas satuan yang tegak lurus terhadap arah komponen yang diambil.

Pengukuran kepadatan fluks panas yang melewati selubung bangunan dilakukan sesuai dengan GOST 25380-82 “Bangunan dan struktur. Metode untuk mengukur kerapatan fluks panas yang melewati selubung bangunan”.

GOST ini menetapkan metode untuk mengukur densitas fluks panas yang melewati struktur penutup bangunan dan struktur berlapis tunggal dan berlapis - publik, perumahan, pertanian, dan industri.

Saat ini, dalam konstruksi, penerimaan dan pengoperasian bangunan, serta di sektor perumahan dan komunal, banyak perhatian diberikan pada kualitas konstruksi yang telah selesai dan dekorasi interior, isolasi termal bangunan tempat tinggal, serta penghematan energi.

Parameter evaluasi penting dalam hal ini adalah konsumsi panas dari struktur isolasi. Pengujian kualitas perlindungan termal selubung bangunan dapat dilakukan pada tahap yang berbeda: selama commissioning bangunan, di lokasi konstruksi yang telah selesai, selama konstruksi, selama perombakan struktur, dan selama pengoperasian bangunan untuk menyusun paspor energi bangunan , dan tentang keluhan.

Pengukuran kerapatan fluks panas harus dilakukan pada suhu sekitar -30 hingga +50 °C dan kelembaban relatif tidak lebih dari 85%.

Pengukuran kerapatan fluks panas memungkinkan untuk memperkirakan aliran panas melalui selubung bangunan dan, dengan demikian, untuk menentukan kinerja termal bangunan dan selubung bangunan konstruksi.

Standar ini tidak berlaku untuk menilai kinerja termal struktur penutup yang mentransmisikan cahaya (kaca, plastik, dll.).

Mari kita pertimbangkan metode pengukuran kerapatan fluks panas berdasarkan apa. Sebuah pelat (yang disebut "dinding bantu") dipasang pada struktur penutup bangunan (struktur). Penurunan suhu yang terbentuk pada “dinding bantu” ini sebanding dengan densitasnya dalam arah aliran panas. Perbedaan suhu diubah menjadi gaya gerak listrik baterai termokopel, yang terletak di "dinding bantu" dan diorientasikan sejajar dengan aliran panas, dan dihubungkan secara seri sesuai dengan sinyal yang dihasilkan. Bersama-sama, "dinding bantu" dan tumpukan termokopel merupakan transduser pengukur untuk mengukur kerapatan fluks panas.

Berdasarkan hasil pengukuran gaya gerak listrik baterai termokopel, maka rapat fluks panas pada transduser pra-kalibrasi dihitung.

Skema untuk mengukur kerapatan fluks panas ditunjukkan pada gambar.

1 - struktur penutup; 2 - konverter fluks panas; 3 - pengukur ggl;

t di, t n- suhu udara internal dan eksternal;

n, dalam, ’ dalam- suhu bagian luar, permukaan bagian dalam dari struktur penutup di dekat dan di bawah konverter, masing-masing;

R 1 , R 2 - ketahanan termal selubung bangunan dan konverter fluks panas;

q 1 , q 2- kerapatan fluks panas sebelum dan sesudah memperbaiki konverter

Sumber radiasi infra merah. Perlindungan inframerah di tempat kerja

Sumber radiasi inframerah (IR) adalah setiap benda yang dipanaskan, suhu yang menentukan intensitas dan spektrum energi elektromagnetik yang dipancarkan. Panjang gelombang dengan energi maksimum radiasi termal ditentukan oleh rumus:

maks = 2,9-103 / T [µm] (1)

di mana T adalah suhu mutlak benda yang memancar, K.

Radiasi inframerah dibagi menjadi tiga area:

gelombang pendek (X \u003d 0,7 - 1,4 mikron);
gelombang sedang (k \u003d 1,4 - 3,0 mikron):
panjang gelombang panjang (k = 3,0 m - 1,0 mm).

Pada tubuh manusia, gelombang listrik dalam rentang IR terutama memiliki efek termal. Saat mengevaluasi dampak ini, hal-hal berikut diperhitungkan:

panjang dan intensitas gelombang dengan energi maksimum;

luas permukaan yang dipancarkan;

durasi paparan selama hari kerja;

durasi paparan terus menerus;

intensitas kerja fisik;

intensitas pergerakan udara di tempat kerja;

Jenis kain dari mana overall dibuat;

karakteristik individu dari tubuh.

Jangkauan gelombang pendek termasuk sinar dengan panjang gelombang 1,4 m. Mereka dicirikan oleh kemampuan untuk menembus ke dalam jaringan tubuh manusia hingga kedalaman beberapa sentimeter. Dampak ini menyebabkan kerusakan parah pada berbagai organ dan jaringan manusia dengan konsekuensi yang memberatkan. Ada peningkatan suhu otot, paru-paru dan jaringan lain. Zat aktif biologis tertentu terbentuk dalam sistem peredaran darah dan limfatik. Kerja sistem saraf pusat terganggu.

Jangkauan gelombang menengah meliputi sinar dengan panjang gelombang = 1,4 - 3,0 m. Mereka hanya menembus ke dalam lapisan kulit yang dangkal, dan oleh karena itu efeknya pada tubuh manusia terbatas pada peningkatan suhu area kulit yang terbuka dan peningkatan suhu tubuh.

Rentang panjang gelombang panjang - sinar dengan panjang gelombang > 3 m. Mempengaruhi tubuh manusia, mereka menyebabkan peningkatan suhu terkuat di area kulit yang terbuka, yang mengganggu aktivitas sistem pernapasan dan kardiovaskular dan mengganggu keseimbangan termal orgasme, yang menyebabkan serangan panas.

Menurut GOST 12.1.005-88, intensitas paparan termal pekerja dari permukaan peralatan teknologi dan perangkat penerangan yang dipanaskan tidak boleh melebihi: 35 W / m 2 saat menyinari lebih dari 50% permukaan tubuh; 70 W/m 2 bila terkena 25 sampai 50% dari permukaan tubuh; 100 W/m 2 dengan penyinaran tidak lebih dari 25% > permukaan tubuh. Dari sumber terbuka (logam dan kaca yang dipanaskan, nyala api terbuka), intensitas radiasi termal tidak boleh melebihi 140 W / m 2 dengan paparan tidak lebih dari 25% dari permukaan tubuh dan penggunaan wajib alat pelindung diri, termasuk wajah dan perlindungan mata.

Standar juga membatasi suhu permukaan peralatan yang dipanaskan di area kerja, yang tidak boleh melebihi 45 °C.

Suhu permukaan peralatan, di mana suhu mendekati 100 °C, tidak boleh melebihi 35 °C.

Jenis utama perlindungan terhadap radiasi inframerah meliputi:

1. perlindungan waktu;

2. perlindungan jarak;

3. pelindung, insulasi termal atau pendinginan permukaan panas;

4. peningkatan perpindahan panas tubuh manusia;

5. alat pelindung diri;

6. penghapusan sumber panas.

Ada tiga jenis layar:

buram;

· transparan;

tembus cahaya.

Dalam layar buram, ketika energi osilasi elektromagnetik berinteraksi dengan substansi layar, itu diubah menjadi energi panas. Sebagai hasil dari transformasi ini, layar memanas dan itu sendiri menjadi sumber radiasi termal. Radiasi oleh permukaan layar yang berlawanan dengan sumbernya secara konvensional dianggap sebagai radiasi yang ditransmisikan dari sumbernya. Menjadi mungkin untuk menghitung kerapatan fluks panas yang melewati satuan luas layar.

Dengan layar transparan, semuanya berbeda. Radiasi yang jatuh pada permukaan layar didistribusikan di dalamnya sesuai dengan hukum optik geometris. Ini menjelaskan transparansi optiknya.

Layar tembus pandang memiliki sifat transparan dan buram.

· memantulkan panas;

· menyerap panas;

disipatif panas.

Faktanya, semua layar, sampai tingkat tertentu, memiliki sifat menyerap, memantulkan, atau menghilangkan panas. Oleh karena itu, definisi layar untuk grup tertentu bergantung pada properti mana yang paling kuat diekspresikan.

Layar pemantul panas dibedakan oleh tingkat kegelapan permukaan yang rendah. Oleh karena itu, mereka memantulkan sebagian besar sinar yang jatuh pada mereka.

Layar penyerap panas termasuk layar di mana bahan dari mana mereka dibuat memiliki koefisien konduktivitas termal yang rendah (resistensi termal yang tinggi).

Film transparan atau tirai air bertindak sebagai layar penghilang panas. Layar di dalam kaca atau kontur pelindung logam juga dapat digunakan.

E \u003d (q - q 3) / q (3)

E \u003d (t - t 3) / t (4)

q 3 - kerapatan fluks radiasi IR dengan penggunaan proteksi, W / m 2;

t adalah suhu radiasi IR tanpa menggunakan proteksi, °С;

t 3 - suhu radiasi IR dengan penggunaan perlindungan, ° .

Instrumentasi yang digunakan

Untuk mengukur kerapatan fluks panas yang melewati selubung bangunan dan untuk memeriksa sifat pelindung panas, spesialis kami mengembangkan perangkat seri .

Rentang pengukuran kerapatan fluks panas: dari 10 hingga 250, 500, 2000, 9999 W/m2

Area aplikasi:

· konstruksi;

objek energi;

penelitian ilmiah, dll.

Pengukuran kerapatan fluks panas, sebagai indikator sifat insulasi termal berbagai bahan, dilakukan oleh perangkat seri di:

· uji termoteknik dari struktur penutup;

penentuan kehilangan panas dalam jaringan pemanas air;

melakukan pekerjaan laboratorium di universitas (departemen "Keselamatan Hidup", "Ekologi Industri", dll.).

Gambar tersebut menunjukkan stand prototipe "Menentukan parameter udara di area kerja dan perlindungan dari efek termal" BZhZ 3 (diproduksi oleh Intos + LLC).

Pada dudukannya terdapat sumber radiasi termal (reflektor rumah tangga). Layar yang terbuat dari bahan yang berbeda (logam, kain, dll.) ditempatkan di depan sumbernya. Perangkat ditempatkan di belakang layar di dalam model ruangan pada berbagai jarak dari layar. Kap knalpot dengan kipas dipasang di atas model kamar. Perangkat, selain probe untuk mengukur kerapatan fluks panas, dilengkapi dengan probe untuk mengukur suhu udara di dalam model. Secara umum, stand adalah model visual untuk mengevaluasi efektivitas berbagai jenis perlindungan termal dan sistem ventilasi lokal.

Dengan bantuan dudukan, efektivitas sifat pelindung layar ditentukan tergantung pada bahan dari mana mereka dibuat dan pada jarak dari layar ke sumber radiasi termal.

Prinsip operasi dan desain perangkat IPP-2

Secara struktural, perangkat ini dibuat dalam wadah plastik. Di panel depan perangkat terdapat indikator LED empat digit, tombol kontrol; di permukaan samping ada konektor untuk menghubungkan perangkat ke komputer dan adaptor jaringan. Di panel atas ada konektor untuk menghubungkan konverter utama.

Penampilan perangkat

1 - LED Status Baterai

2 - Indikasi LED pelanggaran ambang batas

3 - Indikator nilai pengukuran

4 - Konektor untuk mengukur probe

5 , 6 - Tombol kontrol

7 - Konektor untuk menghubungkan ke komputer

8 - Konektor untuk adaptor jaringan

Prinsip operasi

Prinsip pengoperasian perangkat didasarkan pada pengukuran perbedaan suhu pada "dinding tambahan". Besarnya perbedaan suhu sebanding dengan kerapatan fluks panas. Pengukuran perbedaan suhu dilakukan dengan menggunakan termokopel pita yang terletak di dalam pelat probe, yang berfungsi sebagai "dinding bantu".

Indikasi pengukuran dan mode pengoperasian perangkat

Perangkat menginterogasi probe pengukur, menghitung kerapatan fluks panas dan menampilkan nilainya pada indikator LED. Interval polling probe adalah sekitar satu detik.

Pendaftaran pengukuran

Data yang diterima dari probe pengukur ditulis ke memori non-volatile unit dengan periode tertentu. Pengaturan periode, pembacaan dan tampilan data dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak.

Antarmuka komunikasi

Dengan bantuan antarmuka digital, nilai pengukuran suhu saat ini, akumulasi data pengukuran dapat dibaca dari perangkat, pengaturan perangkat dapat diubah. Unit pengukur dapat bekerja dengan komputer atau pengontrol lain melalui antarmuka digital RS-232. Nilai tukar melalui antarmuka RS-232 dapat dikonfigurasi oleh pengguna dalam kisaran dari 1200 hingga 9600 bps.

Fitur perangkat:

kemampuan untuk mengatur ambang batas untuk alarm suara dan cahaya;
transfer nilai terukur ke komputer melalui antarmuka RS-232.

Keuntungan dari perangkat ini adalah kemampuan untuk menghubungkan secara bergantian hingga 8 probe aliran panas yang berbeda ke perangkat. Setiap probe (sensor) memiliki faktor kalibrasi tersendiri (faktor konversi Kq), yang menunjukkan seberapa besar tegangan dari sensor berubah relatif terhadap fluks panas. Koefisien ini digunakan oleh instrumen untuk membangun karakteristik kalibrasi probe, yang menentukan nilai fluks panas yang diukur saat ini.

Modifikasi probe untuk mengukur kerapatan fluks panas:

Probe fluks panas dirancang untuk mengukur kerapatan fluks panas permukaan sesuai dengan GOST 25380-92.

Penampilan probe aliran panas

1. Probe fluks panas tipe tekan PTP-ХХХП dengan pegas tersedia dalam modifikasi berikut (tergantung pada rentang pengukuran kerapatan fluks panas):

PTP-2.0P: dari 10 hingga 2000 W / m 2;

PTP-9.9P: dari 10 hingga 9999 W / m 2.

2. Probe aliran panas berbentuk “koin” pada kabel fleksibel PTP-2.0.

Rentang pengukuran kerapatan fluks panas: dari 10 hingga 2000 W/m 2 .

Modifikasi pemeriksaan suhu:

Penampilan probe suhu

1. Termokopel perendaman TPP-A-D-L berdasarkan termistor Pt1000 (termokopel resistansi) dan termokopel -А-D-L berdasarkan termokopel XА (termokopel listrik) dirancang untuk mengukur suhu berbagai media cair dan gas, serta bahan curah.

Rentang pengukuran suhu:

Untuk CCI-A-D-L: dari -50 hingga +150 °С;

Untuk THA-A-D-L: dari -40 hingga +450 °C.

Ukuran:

D (diameter): 4, 6 atau 8 mm;

L (panjang): dari 200 hingga 1000 mm.

2. Termokopel -А-D1/D2-LП berbasis termokopel (electrical thermocouple) dirancang untuk mengukur suhu permukaan datar.

Ukuran:

D1 (diameter "pin logam"): 3 mm;

D2 (diameter dasar - "tambalan"): 8 mm;

L (panjang "pin logam"): 150 mm.

3. Termokopel -А-D-LC berbasis termokopel (electrical thermocouple) dirancang untuk mengukur suhu permukaan silinder.

Rentang pengukuran suhu: dari -40 hingga +450 °С.

Ukuran:

D (diameter) - 4 mm;

L (panjang "pin logam"): 180 mm;

Lebar pita - 6 mm.

Perangkat pengiriman perangkat untuk mengukur kepadatan beban termal media meliputi:

1. Pengukur kerapatan fluks panas (unit pengukuran).

2. Probe untuk mengukur kerapatan fluks panas.*

3. Pemeriksaan suhu.*

4. Perangkat Lunak.**

5. Kabel untuk menghubungkan ke komputer pribadi. **

6. Sertifikat kalibrasi.

7. Manual operasi dan paspor untuk perangkat.

8. Paspor untuk konverter termoelektrik (probe suhu).

9. Paspor untuk pemeriksaan kerapatan fluks panas.

10. Adaptor jaringan.

* – Rentang pengukuran dan desain probe ditentukan pada tahap pemesanan

** – Barang dipasok dengan pesanan khusus.

Mempersiapkan instrumen untuk operasi dan melakukan pengukuran

1. Keluarkan perangkat dari kemasannya. Jika perangkat dibawa ke ruangan yang hangat dari ruangan yang dingin, perangkat harus dipanaskan hingga suhu kamar setidaknya selama 2 jam.

2. Isi daya baterai dengan menghubungkan adaptor AC ke perangkat. Waktu pengisian daya untuk baterai yang benar-benar kosong setidaknya 4 jam. Untuk memperpanjang masa pakai baterai isi ulang, disarankan untuk melakukan pengosongan total sebulan sekali hingga perangkat mati secara otomatis dan kemudian terisi penuh.

3. Hubungkan unit pengukur dan probe pengukur dengan kabel penghubung.

4. Saat melengkapi perangkat dengan disk dengan perangkat lunak, instal di komputer. Hubungkan perangkat ke port COM gratis di komputer dengan kabel penghubung yang sesuai.

5. Nyalakan perangkat dengan menekan sebentar tombol "Pilih".

6. Saat perangkat dihidupkan, swa-uji perangkat dilakukan selama 5 detik. Di hadapan kerusakan internal, perangkat pada indikator memberi sinyal jumlah kerusakan, disertai dengan sinyal yang dapat didengar. Setelah pengujian berhasil dan pengunduhan selesai, indikator menampilkan nilai kerapatan fluks panas saat ini. Penjelasan tentang kegagalan pengujian dan kesalahan lain dalam pengoperasian perangkat diberikan di bagian 6 dari buku petunjuk ini.

7. Setelah digunakan, matikan perangkat dengan menekan sebentar tombol "Pilih".

8. Jika perangkat akan disimpan untuk waktu yang lama (lebih dari 3 bulan), baterai harus dikeluarkan dari kompartemen baterai.

Di bawah ini adalah diagram peralihan dalam mode "Operasi".

Persiapan dan pelaksanaan pengukuran selama pengujian termal selubung bangunan.

1. Pengukuran kerapatan fluks panas dilakukan, sebagai suatu peraturan, dari bagian dalam struktur penutup bangunan dan struktur.

Diijinkan untuk mengukur kerapatan fluks panas dari luar struktur penutup jika tidak mungkin untuk mengukurnya dari dalam (lingkungan agresif, fluktuasi parameter udara), asalkan suhu yang stabil di permukaan dipertahankan. Kontrol kondisi perpindahan panas dilakukan dengan menggunakan probe suhu dan alat untuk mengukur kerapatan fluks panas: saat mengukur selama 10 menit. pembacaan mereka harus berada dalam kesalahan pengukuran instrumen.

2. Area permukaan dipilih spesifik atau karakteristik untuk seluruh selubung bangunan yang diuji, tergantung pada kebutuhan untuk mengukur kerapatan fluks panas lokal atau rata-rata.

3. Area permukaan struktur penutup, di mana konverter fluks panas dipasang, dibersihkan sampai kekasaran yang terlihat dan nyata saat disentuh dihilangkan.

4. Transduser ditekan dengan kuat di seluruh permukaannya ke struktur penutup dan dipasang pada posisi ini, memastikan kontak konstan transduser fluks panas dengan permukaan area yang dipelajari selama semua pengukuran berikutnya.

5. Selama pengukuran operasional kerapatan fluks panas, permukaan longgar transduser direkatkan dengan lapisan bahan atau dicat dengan cat dengan tingkat emisivitas yang sama atau serupa dengan perbedaan 0,1, sebagai bahan lapisan permukaan struktur penutup.

6. Alat pembacaan ditempatkan pada jarak 5-8 m dari tempat pengukuran atau di ruangan yang berdekatan untuk mengecualikan pengaruh pengamat pada nilai fluks panas.

7. Saat menggunakan perangkat untuk mengukur ggl, yang memiliki batasan pada suhu sekitar, mereka ditempatkan di ruangan dengan suhu udara yang dapat diterima untuk pengoperasian perangkat ini, dan konverter fluks panas terhubung ke mereka menggunakan kabel ekstensi.

8. Perlengkapan menurut klaim 7 disiapkan untuk operasi sesuai dengan instruksi pengoperasian untuk perangkat yang sesuai, termasuk dengan mempertimbangkan waktu pemaparan yang diperlukan dari perangkat untuk menetapkan rezim suhu baru di dalamnya.

Mempersiapkan dan melakukan pengukuran

(selama pekerjaan laboratorium pada contoh pekerjaan laboratorium "Investigasi sarana perlindungan terhadap radiasi inframerah")

Hubungkan sumber IR ke soket. Nyalakan sumber radiasi IR (bagian atas) dan pengukur kerapatan fluks panas IPP-2.

Pasang kepala pengukur kerapatan fluks panas pada jarak 100 mm dari sumber radiasi IR dan tentukan kerapatan fluks panas (nilai rata-rata tiga hingga empat pengukuran).

Gerakkan tripod secara manual di sepanjang penggaris, atur kepala pengukur pada jarak dari sumber radiasi yang ditunjukkan dalam bentuk Tabel 1, dan ulangi pengukuran. Masukkan data pengukuran dalam bentuk tabel 1.

Buatlah grafik ketergantungan kerapatan fluks IR pada jarak.

Ulangi pengukuran sesuai dengan paragraf. 1 - 3 dengan berbagai layar pelindung (aluminium pemantul panas, kain penyerap panas, logam dengan permukaan menghitam, surat berantai campuran). Masukkan data pengukuran dalam bentuk tabel 1. Buatlah grafik ketergantungan rapat fluks radiasi IR pada jarak untuk setiap layar.

Bentuk tabel 1

Perkirakan efektivitas tindakan pelindung layar sesuai dengan rumus (3).

Pasang layar pelindung (seperti yang diarahkan oleh guru), letakkan sikat lebar penyedot debu di atasnya. Nyalakan penyedot debu dalam mode asupan udara, simulasikan perangkat ventilasi pembuangan, dan setelah 2-3 menit (setelah rezim termal layar ditetapkan), tentukan intensitas radiasi termal pada jarak yang sama seperti pada paragraf 3. Evaluasi efektivitas proteksi termal gabungan menggunakan rumus (3).

Ketergantungan intensitas radiasi termal pada jarak untuk layar tertentu dalam mode ventilasi buang harus diplot pada grafik umum (lihat item 5).

Tentukan efektivitas perlindungan dengan mengukur suhu untuk layar yang diberikan dengan dan tanpa ventilasi pembuangan menggunakan rumus (4).

Buat grafik efisiensi perlindungan ventilasi buang dan tanpanya.

Alihkan penyedot debu ke mode peniup dan nyalakan. Dengan mengarahkan aliran udara ke permukaan layar pelindung yang diberikan (mode mandi), ulangi pengukuran sesuai dengan paragraf. 7 - 10. Bandingkan hasil pengukuran paragraf. 7-10.

Pasang selang penyedot debu di salah satu rak dan nyalakan penyedot debu dalam mode "peniup", mengarahkan aliran udara hampir tegak lurus dengan aliran panas (sedikit ke arah) - tiruan dari tirai udara. Dengan menggunakan meteran, ukur suhu radiasi infra merah tanpa dan dengan "peniup".

Buatlah grafik efisiensi proteksi “blower” sesuai dengan rumus (4).

Hasil pengukuran dan interpretasinya

(pada contoh pekerjaan laboratorium dengan topik "Penelitian sarana perlindungan terhadap radiasi inframerah" di salah satu universitas teknis di Moskow).

Meja.
Perapian listrik EXP-1.0/220.
Rak untuk menempatkan layar yang dapat dipertukarkan.
Rak untuk pemasangan kepala pengukur.
Pengukur kerapatan fluks panas.
Penggaris.
Penyedot debu Typhoon-1200.

Intensitas (densitas fluks) radiasi IR q ditentukan oleh rumus:

q \u003d 0,78 x S x (T 4 x 10 -8 - 110) / r 2 [W / m 2]

di mana S adalah luas permukaan yang memancar, m 2 ;

T adalah suhu permukaan pancaran, K;

r - jarak dari sumber radiasi, m.

Salah satu jenis perlindungan yang paling umum terhadap radiasi IR adalah pelindung permukaan pancaran.

Ada tiga jenis layar:

buram;

transparan;

tembus cahaya.

Menurut prinsip operasi, layar dibagi menjadi:

memantulkan panas;

menyerap panas;

penghilang panas.

Efektivitas perlindungan terhadap radiasi termal dengan bantuan perisai E ditentukan oleh rumus:

E \u003d (q - q 3) / q

di mana q adalah kerapatan fluks radiasi IR tanpa menggunakan proteksi, W / m 2;

q3 - kerapatan fluks radiasi IR dengan penggunaan proteksi, W/m 2 .

Jenis layar pelindung (buram):

1. Layar campuran - surat berantai.

E-mail berantai \u003d (1550 - 560) / 1550 \u003d 0,63

2. Layar logam dengan permukaan menghitam.

E al+penutup \u003d (1550 - 210) / 1550 \u003d 0,86

3. Layar aluminium yang memantulkan panas.

E al \u003d (1550 - 10) / 1550 \u003d 0,99

Mari kita plot ketergantungan kerapatan fluks IR pada jarak untuk setiap layar.

Seperti yang dapat kita lihat, efektivitas tindakan perlindungan layar bervariasi:

1. Efek perlindungan minimum dari layar campuran - surat berantai - 0,63;

2. Layar aluminium dengan permukaan menghitam - 0,86;

3. Layar aluminium yang memantulkan panas memiliki efek perlindungan terbesar - 0,99.

Acuan normatif

Saat menilai kinerja termal selubung bangunan dan struktur dan menetapkan konsumsi panas nyata melalui selubung bangunan eksternal, dokumen peraturan utama berikut digunakan:

· GOST 25380-82. Metode untuk mengukur kerapatan fluks panas yang melewati selubung bangunan.

Saat mengevaluasi kinerja termal dari berbagai cara perlindungan terhadap radiasi inframerah, dokumen peraturan utama berikut digunakan:

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Udara area kerja. Persyaratan sanitasi dan higienis umum.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Sarana perlindungan terhadap radiasi infra merah. Klasifikasi. Persyaratan teknis umum.

· GOST 12.4.123-83 “Sistem standar keselamatan tenaga kerja. Sarana perlindungan kolektif terhadap radiasi inframerah. Persyaratan teknis umum".

I. Pengukuran densitas fluks panas yang melewati selubung bangunan. GOST 25380-82.

Fluks panas - jumlah panas yang ditransfer melalui permukaan isotermal per satuan waktu. Aliran panas diukur dalam watt atau kkal / jam (1 W \u003d 0,86 kkal / jam). Fluks panas per unit permukaan isotermal disebut kerapatan fluks panas atau beban panas; biasanya dilambangkan dengan q, diukur dalam W / m2 atau kkal / (m2 × h). Kerapatan fluks panas adalah vektor, setiap komponen yang secara numerik sama dengan jumlah panas yang ditransfer per satuan waktu melalui luas satuan yang tegak lurus terhadap arah komponen yang diambil.

Pengukuran kerapatan fluks panas yang melewati selubung bangunan dilakukan sesuai dengan GOST 25380-82 "Bangunan dan struktur. Metode untuk mengukur kerapatan fluks panas yang melewati selubung bangunan".

Densitas fluks panas diukur pada skala perangkat khusus, yang mencakup konverter fluks panas, atau dihitung dari hasil pengukuran ggl. pada transduser fluks panas yang telah dikalibrasi sebelumnya.

Skema untuk mengukur kerapatan fluks panas ditunjukkan pada gambar.

1 - struktur penutup; 2 - konverter aliran panas; 3 - pengukur ggl;

tv, tn - suhu udara internal dan eksternal;

, , "в — suhu permukaan luar dan dalam dari struktur penutup di dekat dan di bawah konverter, masing-masing;

R1, R2 - ketahanan termal selubung bangunan dan konverter fluks panas;

q1, q2 adalah kerapatan fluks panas sebelum dan sesudah memperbaiki transduser

II. Radiasi infra merah. Sumber. Perlindungan.

Perlindungan terhadap radiasi infra merah di tempat kerja.

maks = 2,9-103 / T [µm] (1)

di mana T adalah suhu mutlak benda yang memancar, K.

Radiasi inframerah dibagi menjadi tiga area:

gelombang pendek (X = 0,7 - 1,4 mikron);

gelombang sedang (k \u003d 1,4 - 3,0 mikron):

panjang gelombang panjang (k = 3,0 m - 1,0 mm).

Gelombang listrik dari jangkauan inframerah terutama memiliki efek termal pada tubuh manusia. Dalam hal ini, perlu diperhitungkan: intensitas dan panjang gelombang dengan energi maksimum; luas permukaan terpancar; durasi paparan per hari kerja dan durasi paparan terus menerus; intensitas tenaga kerja fisik dan mobilitas udara di tempat kerja; kualitas overall; karakteristik individu pekerja.

Sinar dengan rentang gelombang pendek dengan panjang gelombang 1,4 m memiliki kemampuan untuk menembus ke dalam jaringan tubuh manusia beberapa sentimeter. Radiasi IR tersebut dengan mudah menembus kulit dan tengkorak ke dalam jaringan otak dan dapat mempengaruhi sel-sel otak, menyebabkan kerusakan otak yang parah, gejalanya adalah muntah, pusing, pelebaran pembuluh darah kulit, penurunan tekanan darah, dan gangguan sirkulasi darah. dan pernapasan, kejang-kejang, kadang-kadang kehilangan kesadaran. Ketika disinari dengan sinar inframerah gelombang pendek, peningkatan suhu paru-paru, ginjal, otot, dan organ lainnya juga diamati. Zat aktif biologis spesifik muncul dalam darah, getah bening, cairan serebrospinal, gangguan metabolisme diamati, dan keadaan fungsional sistem saraf pusat berubah.

Sinar dari rentang gelombang menengah dengan panjang gelombang = 1,4 - 3,0 mikron tertahan di lapisan permukaan kulit pada kedalaman 0,1 - 0,2 mm. Oleh karena itu, efek fisiologisnya pada tubuh dimanifestasikan terutama dalam peningkatan suhu kulit dan pemanasan tubuh.

Pemanasan paling intens dari permukaan kulit manusia terjadi dengan radiasi IR dengan > 3 m. Di bawah pengaruhnya, aktivitas sistem kardiovaskular dan pernapasan, serta keseimbangan termal tubuh terganggu, yang dapat menyebabkan serangan panas.

Intensitas radiasi termal diatur berdasarkan sensasi subjektif energi radiasi oleh seseorang. Menurut GOST 12.1.005-88, intensitas paparan termal pekerja dari permukaan peralatan proses dan perlengkapan pencahayaan yang dipanaskan tidak boleh melebihi: 35 W/m2 dengan paparan lebih dari 50% permukaan tubuh; 70 W/m2 bila terkena 25 sampai 50% dari permukaan tubuh; 100 W/m2 bila penyinaran tidak lebih dari 25% permukaan tubuh. Dari sumber terbuka (logam dan kaca yang dipanaskan, nyala api terbuka), intensitas paparan termal tidak boleh melebihi 140 W / m2 dengan paparan tidak lebih dari 25% dari permukaan tubuh dan penggunaan wajib alat pelindung diri, termasuk pelindung wajah dan mata.

Standar juga membatasi suhu permukaan peralatan yang dipanaskan di area kerja, yang tidak boleh melebihi 45 °C.

Suhu permukaan peralatan, di mana suhu mendekati 100 0C, tidak boleh melebihi 35 0C.

q = 0,78 x S x (T4 x 10-8 - 110) / r2 [W/m2] (2)

Jenis utama perlindungan terhadap radiasi inframerah meliputi:

1. perlindungan waktu;

2. perlindungan jarak;

3. pelindung, insulasi termal atau pendinginan permukaan panas;

4. peningkatan perpindahan panas tubuh manusia;

5. alat pelindung diri;

6. penghapusan sumber panas.

Perlindungan waktu memberikan pembatasan waktu yang dihabiskan oleh radiasi yang beroperasi di area radiasi. Waktu aman seseorang tinggal di zona aksi radiasi IR tergantung pada intensitasnya (kerapatan fluks) dan ditentukan menurut Tabel 1.

Tabel 1

Waktu tinggal yang aman bagi orang-orang di zona radiasi IR

Jarak aman ditentukan oleh rumus (2) tergantung pada lama tinggal di area kerja dan kepadatan radiasi IR yang diizinkan.

Kekuatan radiasi IR dapat dikurangi dengan solusi desain dan teknologi (penggantian mode dan metode produk pemanas, dll.), serta dengan melapisi permukaan pemanas dengan bahan isolasi panas.

Ada tiga jenis layar:

buram;

· transparan;

tembus cahaya.

Di layar buram, energi osilasi elektromagnetik, yang berinteraksi dengan substansi layar, berubah menjadi panas. Dalam hal ini, layar memanas dan, seperti benda yang dipanaskan, menjadi sumber radiasi termal. Radiasi permukaan layar yang berlawanan dengan sumber secara kondisional dianggap sebagai radiasi yang ditransmisikan dari sumber. Layar buram meliputi: logam, alfa (dari aluminium foil), berpori (beton busa, kaca busa, tanah liat yang diperluas, batu apung), asbes dan lain-lain.

Di layar transparan, radiasi merambat di dalamnya sesuai dengan hukum optik geometris, yang memastikan visibilitas melalui layar. Layar ini terbuat dari berbagai jenis kaca, tirai air film (bebas dan mengalir ke bawah kaca) juga digunakan.

Layar tembus pandang menggabungkan properti layar transparan dan non-transparan. Ini termasuk jaring logam, tirai rantai, layar kaca yang diperkuat dengan jaring logam.

· memantulkan panas;

· menyerap panas;

disipatif panas.

Pembagian ini agak sewenang-wenang, karena setiap layar memiliki kemampuan untuk memantulkan, menyerap, dan menghilangkan panas. Penugasan layar ke satu atau kelompok lain ditentukan oleh kemampuannya yang lebih menonjol.

Layar pemantul panas memiliki tingkat kegelapan permukaan yang rendah, sebagai akibatnya mereka memantulkan sebagian besar insiden energi radiasi pada mereka dalam arah yang berlawanan. Alfol, lembaran aluminium, baja galvanis digunakan sebagai bahan pemantul panas.

Layar penyerap panas disebut layar yang terbuat dari bahan dengan ketahanan termal tinggi (konduktivitas termal rendah). Batu bata tahan api dan isolasi panas, asbes, dan wol terak digunakan sebagai bahan penyerap panas.

Sebagai layar penghilang panas, tirai air paling banyak digunakan, jatuh bebas dalam bentuk film, atau mengairi permukaan penyaringan lain (misalnya, logam), atau tertutup dalam selubung khusus yang terbuat dari kaca atau logam.

E \u003d (q - q3) / q (3)

E \u003d (t - t3) / t (4)

q3 adalah kerapatan fluks radiasi IR dengan penggunaan proteksi, W/m2;

t adalah suhu radiasi IR tanpa menggunakan proteksi, °С;

t3 adalah suhu radiasi IR dengan penggunaan proteksi, °С.

Aliran udara yang diarahkan langsung ke pekerja memungkinkan untuk meningkatkan pemindahan panas dari tubuhnya ke lingkungan. Pilihan laju aliran udara tergantung pada tingkat keparahan pekerjaan yang dilakukan dan intensitas radiasi inframerah, tetapi tidak boleh melebihi 5 m / s, karena dalam hal ini pekerja mengalami sensasi yang tidak menyenangkan (misalnya, tinitus). Efektivitas pancuran udara meningkat ketika udara yang dikirim ke tempat kerja didinginkan atau ketika air yang disemprotkan halus dicampur ke dalamnya (pancuran air-udara).

Sebagai alat pelindung diri, pakaian terusan yang terbuat dari kain katun dan wol, kain dengan lapisan logam (mencerminkan hingga 90% radiasi IR) digunakan. Kacamata, perisai dengan kacamata khusus dirancang untuk melindungi mata - filter cahaya warna kuning-hijau atau biru.

Langkah-langkah terapeutik dan pencegahan menyediakan organisasi rezim kerja dan istirahat yang rasional. Durasi istirahat dalam pekerjaan dan frekuensinya ditentukan oleh intensitas radiasi IR dan tingkat keparahan pekerjaan. Selain pemeriksaan berkala, pemeriksaan kesehatan juga dilakukan untuk mencegah terjadinya penyakit akibat kerja.

AKU AKU AKU. Instrumen yang digunakan.

Untuk mengukur kerapatan fluks panas yang melewati selubung bangunan dan untuk memeriksa sifat pelindung panas, spesialis kami mengembangkan perangkat seri .

Area aplikasi:

Perangkat seri IPP-2 banyak digunakan dalam konstruksi, organisasi ilmiah, di berbagai fasilitas energi dan di banyak industri lainnya.

Pengukuran kerapatan fluks panas, sebagai indikator sifat insulasi termal berbagai bahan, dilakukan dengan menggunakan perangkat seri IPP-2 di:

Pengujian struktur penutup;

Penentuan kehilangan panas dalam jaringan pemanas air;

Melakukan pekerjaan laboratorium di universitas (departemen "Keselamatan Hidup", "Ekologi Industri", dll.).

Gambar tersebut menunjukkan stand prototipe "Menentukan parameter udara di area kerja dan perlindungan dari efek termal" BZhZ 3 (diproduksi oleh Intos + LLC).

Dudukan berisi sumber radiasi termal dalam bentuk reflektor rumah tangga, di depannya dipasang pelindung panas yang terbuat dari berbagai bahan (kain, lembaran logam, satu set rantai, dll.) Dipasang. Di belakang layar pada berbagai jarak darinya di dalam model ruangan, perangkat IPP-2 ditempatkan, yang mengukur kerapatan fluks panas. Sebuah kap knalpot dengan kipas ditempatkan di atas model kamar. Alat pengukur IPP-2 memiliki sensor tambahan yang memungkinkan Anda untuk mengukur suhu udara di dalam ruangan. Dengan demikian, dudukan BZhZ 3 memungkinkan untuk mengukur efektivitas berbagai jenis perlindungan termal dan sistem ventilasi lokal.

Dudukan memungkinkan untuk mengukur intensitas radiasi termal tergantung pada jarak ke sumbernya, untuk menentukan efektivitas sifat pelindung layar yang terbuat dari berbagai bahan.

IV. Prinsip operasi dan desain perangkat IPP-2.

Secara struktural, unit pengukur perangkat dibuat dalam wadah plastik.

Prinsip pengoperasian perangkat didasarkan pada pengukuran perbedaan suhu pada "dinding bantu". Besarnya perbedaan suhu sebanding dengan kerapatan fluks panas. Perbedaan suhu diukur menggunakan termokopel pita yang terletak di dalam pelat probe, yang bertindak sebagai "dinding tambahan".

Dalam mode operasi, perangkat melakukan pengukuran siklik dari parameter yang dipilih. Transisi dibuat antara mode pengukuran kerapatan fluks panas dan suhu, serta menunjukkan daya baterai dalam persentase 0% ... 100%. Saat beralih di antara mode, tulisan yang sesuai dari mode yang dipilih ditampilkan pada indikator. Perangkat juga dapat melakukan perekaman otomatis berkala dari nilai terukur dalam memori non-volatile dengan mengacu pada waktu. Mengaktifkan/menonaktifkan perekaman statistik, mengatur parameter perekaman, membaca data yang terakumulasi dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak yang disediakan berdasarkan pesanan.

Keunikan:

Kemungkinan untuk mengatur ambang batas untuk alarm suara dan cahaya. Ambang batas adalah batas atas atau bawah dari perubahan yang diizinkan dalam nilai yang sesuai. Jika nilai ambang batas atas atau bawah dilanggar, perangkat mendeteksi peristiwa ini dan LED menyala pada indikator. Jika perangkat dikonfigurasi dengan benar, pelanggaran ambang batas disertai dengan sinyal yang dapat didengar.

· Transfer nilai terukur ke komputer pada antarmuka RS 232.

Modifikasi probe untuk mengukur kerapatan fluks panas:

Probe fluks panas dirancang untuk mengukur kerapatan fluks panas permukaan sesuai dengan GOST 25380-92.

Penampilan probe aliran panas

1. Probe fluks panas tipe tekan PTP-ХХХП dengan pegas tersedia dalam modifikasi berikut (tergantung pada rentang pengukuran kerapatan fluks panas):

— PTP-2.0P: dari 10 hingga 2000 W/m2;

— PTP-9.9P: dari 10 hingga 9999 W/m2.

2. Probe aliran panas berbentuk “koin” pada kabel fleksibel PTP-2.0.

Rentang pengukuran kerapatan fluks panas: dari 10 hingga 2000 W/m2.

Modifikasi pemeriksaan suhu:

Penampilan probe suhu

Rentang pengukuran suhu:

- untuk Kamar Dagang dan Industri-A-D-L: dari -50 hingga +150 °С;

- untuk -А-D-L: dari -40 hingga +450 °С.

Ukuran:

- D (diameter): 4, 6 atau 8 mm;

- L (panjang): dari 200 hingga 1000 mm.

2. Termokopel -А-D1/D2-LП berbasis XА termokopel (termokopel elektrik) dirancang untuk mengukur suhu permukaan datar.

Ukuran:

- D1 (diameter "pin logam"): 3 mm;

- D2 (diameter dasar - "tambalan"): 8 mm;

- L (panjang "pin logam"): 150 mm.

3. Termokopel -А-D-LC berbasis termokopel (electrical thermocouple) dirancang untuk mengukur suhu permukaan silinder.

Rentang pengukuran suhu: dari -40 hingga +450 °С.

Ukuran:

- D (diameter) - 4 mm;

- L (panjang "pin logam"): 180 mm;

- lebar pita - 6 mm.

Perangkat pengiriman perangkat untuk mengukur kepadatan beban termal media meliputi:

2. Probe untuk mengukur kerapatan fluks panas.*

3. Pemeriksaan suhu.*

4. Perangkat Lunak.**

5. Kabel untuk menghubungkan ke komputer pribadi. **

6. Sertifikat kalibrasi.

7. Manual operasi dan paspor untuk perangkat IPP-2.

8. Paspor untuk konverter termoelektrik (probe suhu).

9. Paspor untuk pemeriksaan kerapatan fluks panas.

10. Adaptor jaringan.

* - Rentang pengukuran dan desain probe ditentukan pada tahap pemesanan

** - Posisi dikirimkan dengan pesanan khusus.

V. Mempersiapkan perangkat untuk operasi dan melakukan pengukuran.

Mempersiapkan perangkat untuk bekerja.

Keluarkan perangkat dari kemasannya. Jika perangkat dibawa ke ruangan yang hangat dari ruangan yang dingin, perangkat harus dipanaskan hingga suhu kamar selama 2 jam. Isi penuh baterai dalam waktu empat jam. Tempatkan probe di tempat pengukuran akan dilakukan. Hubungkan probe ke instrumen. Jika perangkat akan dioperasikan bersama dengan komputer pribadi, perangkat harus dihubungkan ke port COM gratis di komputer menggunakan kabel penghubung. Hubungkan adaptor jaringan ke perangkat dan instal perangkat lunak sesuai dengan deskripsi. Nyalakan perangkat dengan menekan tombol sebentar. Jika perlu, sesuaikan perangkat sesuai dengan paragraf 2.4.6. Manual operasi. Saat bekerja dengan komputer pribadi, atur alamat jaringan dan nilai tukar perangkat sesuai dengan paragraf 2.4.8. Manual operasi. Mulai mengukur.

Di bawah ini adalah diagram peralihan dalam mode "Kerja".

Persiapan dan pelaksanaan pengukuran selama pengujian termal selubung bangunan.

1. Pengukuran kerapatan fluks panas dilakukan, sebagai suatu peraturan, dari bagian dalam struktur penutup bangunan dan struktur.

Diijinkan untuk mengukur kerapatan fluks panas dari luar struktur penutup jika tidak mungkin untuk mengukurnya dari dalam (lingkungan agresif, fluktuasi parameter udara), asalkan suhu yang stabil di permukaan dipertahankan. Kontrol kondisi perpindahan panas dilakukan dengan menggunakan probe suhu dan alat untuk mengukur kerapatan fluks panas: saat mengukur selama 10 menit. pembacaan mereka harus berada dalam kesalahan pengukuran instrumen.

2. Area permukaan dipilih spesifik atau karakteristik untuk seluruh selubung bangunan yang diuji, tergantung pada kebutuhan untuk mengukur kerapatan fluks panas lokal atau rata-rata.

3. Area permukaan struktur penutup, di mana konverter fluks panas dipasang, dibersihkan sampai kekasaran yang terlihat dan nyata saat disentuh dihilangkan.

5. Selama pengukuran operasional kerapatan fluks panas, permukaan lepas transduser direkatkan dengan lapisan bahan atau dicat dengan cat dengan tingkat emisivitas yang sama atau serupa dengan perbedaan 0,1 seperti bahan permukaan. lapisan struktur penutup.

6. Alat pembacaan ditempatkan pada jarak 5-8 m dari tempat pengukuran atau di ruangan yang berdekatan untuk mengecualikan pengaruh pengamat pada nilai fluks panas.

Mempersiapkan dan melakukan pengukuran

(selama pekerjaan laboratorium pada contoh pekerjaan laboratorium "Penelitian sarana perlindungan terhadap radiasi inframerah").

Hubungkan sumber IR ke soket. Nyalakan sumber radiasi IR (bagian atas) dan pengukur kerapatan fluks panas IPP-2.

Pasang kepala pengukur kerapatan fluks panas pada jarak 100 mm dari sumber radiasi IR dan tentukan kerapatan fluks panas (nilai rata-rata tiga hingga empat pengukuran).

Buatlah grafik ketergantungan kerapatan fluks IR pada jarak.

Ulangi pengukuran sesuai dengan paragraf. 1 — 3 dengan data pengukuran yang berbeda dimasukkan dalam bentuk tabel 1. Buatlah grafik ketergantungan kerapatan fluks radiasi IR pada jarak untuk setiap layar.

Bentuk tabel 1

Evaluasi efektivitas tindakan pelindung layar sesuai dengan rumus (3).

Ketergantungan intensitas radiasi termal pada jarak untuk layar tertentu dalam mode ventilasi buang harus diplot pada grafik umum (lihat item 5).

Tentukan efektivitas perlindungan dengan mengukur suhu untuk layar yang diberikan dengan dan tanpa ventilasi pembuangan menggunakan rumus (4).

Buat grafik efektivitas perlindungan ventilasi buang dan tanpanya.

Pasang selang penyedot debu di salah satu rak dan nyalakan penyedot debu dalam mode "peniup", mengarahkan aliran udara hampir tegak lurus dengan aliran panas (sedikit ke arah) - tiruan dari tirai udara. Dengan menggunakan IPP-2 meter, ukur suhu radiasi infra merah tanpa dan dengan "blower".

Buatlah grafik efisiensi proteksi “blower” sesuai dengan rumus (4).

VI. Hasil pengukuran dan interpretasinya

(pada contoh pekerjaan laboratorium dengan topik "Penelitian sarana perlindungan terhadap radiasi inframerah" di salah satu universitas teknis di Moskow).

Meja. Perapian listrik EXP-1.0/220. Rak untuk menempatkan layar yang dapat dipertukarkan. Rak untuk pemasangan kepala pengukur. Pengukur kerapatan fluks panas IPP-2M. Penggaris. Penyedot debu Typhoon-1200.

Intensitas (densitas fluks) radiasi IR q ditentukan oleh rumus:

q = 0,78 x S x (T4 x 10-8 - 110) / r2 [W/m2]

di mana S adalah luas permukaan yang memancar, m2;

T adalah suhu permukaan pancaran, K;

r adalah jarak dari sumber radiasi, m.

Salah satu jenis perlindungan yang paling umum terhadap radiasi IR adalah pelindung permukaan pancaran.

Ada tiga jenis layar:

buram;

· transparan;

tembus cahaya.

Menurut prinsip operasi, layar dibagi menjadi:

· memantulkan panas;

· menyerap panas;

disipatif panas.

Tabel 1

Efektivitas perlindungan terhadap radiasi termal dengan bantuan layar E ditentukan oleh rumus:

E \u003d (q - q3) / q

di mana q adalah kerapatan fluks radiasi IR tanpa perlindungan, W/m2;

q3 adalah kerapatan fluks radiasi IR dengan penggunaan proteksi, W/m2.

Jenis layar pelindung (buram):

1. Layar campuran - surat berantai.

Email = (1550 - 560) / 1550 = 0,63

2. Layar logam dengan permukaan menghitam.

E al+penutup = (1550 - 210) / 1550 = 0,86

3. Layar aluminium yang memantulkan panas.

E al \u003d (1550 - 10) / 1550 \u003d 0,99

Mari kita plot ketergantungan kerapatan fluks IR pada jarak untuk setiap layar.

Tidak ada perlindungan

Seperti yang dapat kita lihat, efektivitas tindakan perlindungan layar bervariasi:

1. Efek perlindungan minimum dari layar campuran - surat berantai - 0,63;

2. Layar aluminium dengan permukaan menghitam - 0,86;

3. Layar aluminium yang memantulkan panas memiliki efek perlindungan terbesar - 0,99.

Saat menilai kinerja termal selubung bangunan dan struktur dan menetapkan konsumsi panas nyata melalui selubung bangunan eksternal, dokumen peraturan utama berikut digunakan:

· GOST 25380-82. Metode untuk mengukur kerapatan fluks panas yang melewati selubung bangunan.

Saat mengevaluasi kinerja termal dari berbagai cara perlindungan terhadap radiasi inframerah, dokumen peraturan utama berikut digunakan:

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Udara area kerja. Persyaratan sanitasi dan higienis umum.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Sarana perlindungan terhadap radiasi infra merah. Klasifikasi. Persyaratan teknis umum.

· GOST 12.4.123-83 “Sistem standar keselamatan tenaga kerja. Sarana perlindungan kolektif terhadap radiasi inframerah. Persyaratan teknis umum".

Banyaknya kalor yang melewati suatu permukaan per satuan waktu disebut fluks panas Q, W .

Banyaknya kalor per satuan luas per satuan waktu disebut kerapatan fluks panas atau fluks panas spesifik dan mencirikan intensitas perpindahan panas.

Kerapatan fluks panas q, diarahkan sepanjang normal ke permukaan isotermal dalam arah yang berlawanan dengan gradien suhu, yaitu, ke arah penurunan suhu.

Jika distribusi diketahui q di permukaan F, maka jumlah panas total Q melewati permukaan ini selama ini τ , dapat dicari dengan persamaan:

dan fluks panas:

Jika nilai q konstan di atas permukaan yang dipertimbangkan, maka:

hukum Fourier

hukum ini mengatur jumlah aliran panas ketika mentransfer panas melalui konduksi panas. Ilmuwan Prancis J.B. Fourier pada tahun 1807 ia menetapkan bahwa kerapatan fluks panas melalui permukaan isotermal sebanding dengan gradien suhu:

Tanda minus pada (9.6) menunjukkan bahwa fluks panas diarahkan dalam arah yang berlawanan dengan gradien suhu (lihat Gambar 9.1.).

Kerapatan fluks panas dalam arah yang berubah-ubah aku mewakili proyeksi ke arah fluks panas ini ke arah normal:

Koefisien konduktivitas termal

Koefisien λ , W/(m·K), dalam persamaan hukum Fourier secara numerik sama dengan kerapatan fluks panas ketika suhu turun satu Kelvin (derajat) per satuan panjang. Koefisien konduktivitas termal dari berbagai zat tergantung pada sifat fisiknya. Untuk benda tertentu, nilai koefisien konduktivitas termal tergantung pada struktur benda, berat volumetriknya, kelembaban, komposisi kimia, tekanan, suhu. Dalam perhitungan teknis, nilai λ diambil dari tabel referensi, dan perlu untuk memastikan bahwa kondisi nilai koefisien konduktivitas termal yang diberikan dalam tabel sesuai dengan kondisi masalah yang dihitung.

Koefisien konduktivitas termal sangat bergantung pada suhu. Untuk sebagian besar bahan, seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, ketergantungan ini dapat dinyatakan dengan rumus linier:

di mana λ o - koefisien konduktivitas termal pada 0 °C;

β - koefisien suhu.

Koefisien konduktivitas termal gas, dan khususnya uap sangat bergantung pada tekanan. Nilai numerik dari koefisien konduktivitas termal untuk berbagai zat bervariasi pada rentang yang sangat luas - dari 425 W / (m K) untuk perak, hingga nilai orde 0,01 W / (m K) untuk gas. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa mekanisme perpindahan panas dengan konduksi termal dalam media fisik yang berbeda berbeda.

Logam memiliki nilai konduktivitas termal tertinggi. Konduktivitas termal logam menurun dengan meningkatnya suhu dan menurun tajam dengan adanya pengotor dan elemen paduan. Jadi, konduktivitas termal tembaga murni adalah 390 W / (m K), dan tembaga dengan jejak arsenik adalah 140 W / (m K). Konduktivitas termal besi murni adalah 70 W / (m K), baja dengan 0,5% karbon - 50 W / (m K), baja paduan dengan 18% kromium dan 9% nikel - hanya 16 W / (m K).

Ketergantungan konduktivitas termal beberapa logam pada suhu ditunjukkan pada gambar. 9.2.

Gas memiliki konduktivitas termal yang rendah (dengan orde 0,01...1 W/(m K)), yang meningkat tajam dengan meningkatnya suhu.

Konduktivitas termal cairan memburuk dengan meningkatnya suhu. Pengecualiannya adalah air dan gliserin. Secara umum, koefisien konduktivitas termal dari cairan yang jatuh (air, minyak, gliserin) lebih tinggi daripada gas, tetapi lebih rendah dari padatan dan berkisar antara 0,1 hingga 0,7 W/(m K).

Beras. 9.2. Pengaruh suhu pada konduktivitas termal logam

1 Konsep dasar dan definisi - medan suhu, gradien, fluks panas, kerapatan fluks panas (q, Q), hukum Fourier.

medan suhu– satu set nilai suhu di semua titik ruang yang dipelajari untuk setiap momen waktu..gif" width="131" height="32 src=">

Jumlah panas, W, yang melewati per satuan waktu melalui permukaan isotermal dengan luas F disebut aliran panas dan ditentukan dari ekspresi: https://pandia.ru/text/78/654/images/image004_12.gif" width="15" height="32">, W/m2, disebut kerapatan fluks panas: .

Hubungan antara jumlah panas dQ, J, yang selama waktu dt melewati luas dasar dF, terletak pada permukaan isotermal, dan gradien suhu dt/dn ditentukan oleh hukum Fourier: .

2. Persamaan konduksi panas, kondisi keunikan.

Persamaan diferensial untuk konduksi panas diturunkan dengan asumsi berikut:

Tubuhnya homogen dan isotropik;

Parameter fisiknya konstan;

Deformasi volume yang dipertimbangkan, terkait dengan perubahan suhu, sangat kecil dibandingkan dengan volume itu sendiri;

Sumber panas internal dalam tubuh, yang dalam kasus umum dapat diberikan sebagai: , terdistribusi secara merata.

https://pandia.ru/text/78/654/images/image009_5.gif" width="195" height="45 src=">.

Persamaan diferensial konduksi panas menetapkan hubungan antara perubahan temporal dan spasial suhu pada setiap titik dalam tubuh di mana proses konduksi panas terjadi.

Jika kita mengambil konstanta karakteristik termofisika, yang diasumsikan saat menurunkan persamaan, maka difur berbentuk: https://pandia.ru/text/78/654/images/image011_4.gif" width="51" height=" 44"> - koefisien difusivitas termal.

dan , di mana adalah operator Laplace dalam sistem koordinat Cartesian.

Kemudian .

Kondisi keunikan atau kondisi batas meliputi:

istilah geometris,

3. Konduktivitas termal di dinding (kondisi batas jenis pertama).

Konduktivitas termal dinding satu lapis.

Pertimbangkan dinding datar homogen dengan ketebalan d. Suhu tc1 dan tc2 yang konstan dalam waktu dipertahankan pada permukaan luar dinding. Konduktivitas termal bahan dinding konstan dan sama dengan l.

Dalam mode stasioner, sebagai tambahan, suhu hanya berubah dalam arah tegak lurus terhadap bidang tumpukan (sumbu 0x): ..gif" width="129" height="47">

Mari kita tentukan rapat fluks panas melalui dinding datar. Sesuai dengan hukum Fourier, dengan memperhatikan persamaan (*), kita dapat menulis: .

Karena itu (**).

Perbedaan suhu dalam persamaan (**) disebut perbedaan suhu. Dapat dilihat dari persamaan ini bahwa kerapatan fluks panas q bervariasi berbanding lurus dengan konduktivitas termal l dan perbedaan suhu Dt dan berbanding terbalik dengan ketebalan dinding d.

Rasionya disebut konduktivitas termal dinding, dan kebalikannya adalah https://pandia.ru/text/78/654/images/image023_1.gif" width="213" height="25">.

Konduktivitas termal l harus diambil pada suhu dinding rata-rata.

Konduktivitas termal dinding multilayer.

Untuk setiap lapisan: ; ; https://pandia.ru/text/78/654/images/image027_1.gif" width="433" height="87 src=">

Untuk membandingkan sifat penghantar panas dari dinding datar multilayer dengan sifat bahan homogen, konsep ini diperkenalkan konduktivitas termal yang setara. Ini adalah konduktivitas termal dinding satu lapis, yang ketebalannya sama dengan ketebalan dinding multilayer yang dipertimbangkan, mis.gif" width="331" height="52">

Oleh karena itu kami memiliki:

4. Perpindahan panas melalui dinding datar (kondisi batas jenis ke-3).

Perpindahan panas dari satu media bergerak (cair atau gas) ke yang lain melalui dinding padat dalam bentuk apa pun yang memisahkannya disebut perpindahan panas. Fitur proses pada batas dinding selama perpindahan panas dicirikan oleh kondisi batas jenis ketiga, yang ditentukan oleh nilai suhu cairan di satu dan sisi lain dinding, serta nilai yang sesuai dari koefisien perpindahan panas.

Pertimbangkan proses perpindahan panas stasioner melalui dinding datar homogen tak terbatas dengan ketebalan d. Konduktivitas termal dinding l, suhu sekitar tl1 dan tl2, koefisien perpindahan panas a1 dan a2 diberikan. Kita perlu mencari fluks kalor dari zat cair panas ke zat dingin dan suhu pada permukaan dinding tc1 dan tc2. Kepadatan fluks panas dari media panas ke dinding ditentukan oleh persamaan: . Fluks panas yang sama ditransfer oleh konduksi panas melalui dinding padat: dan dari permukaan dinding kedua ke lingkungan yang dingin: DIV_ADBLOCK119">

Kemudian https://pandia.ru/text/78/654/images/image035_0.gif" width="128" height="75 src="> - koefisien perpindahan panas, nilai numerik k menyatakan jumlah panas yang melewati satuan permukaan dinding per satuan waktu pr perbedaan suhu antara media panas dan dingin adalah 1K dan memiliki satuan pengukuran yang sama dengan koefisien perpindahan panas, J / (s * m2K) atau W / (m2K).

Kebalikan dari koefisien perpindahan panas disebut resistensi termal terhadap perpindahan panas:.

https://pandia.ru/text/78/654/images/image038_0.gif" width="37" height="25"> ketahanan termal konduktivitas termal.

Untuk dinding sandwich .

Densitas fluks panas melalui dinding multilayer: .

Fluks kalor Q, W, yang melalui dinding datar dengan luas permukaan F, sama dengan: .

Suhu pada batas dua lapisan di bawah kondisi batas jenis ketiga dapat ditentukan dengan persamaan . Anda juga dapat menentukan suhu secara grafis.

5. Konduktivitas termal pada dinding silinder (kondisi batas jenis pertama).

Mari kita perhatikan proses stasioner konduksi panas melalui dinding silinder homogen (pipa) dengan panjang l dengan jari-jari dalam r1 dan jari-jari luar r2. Konduktivitas termal bahan dinding l adalah nilai konstan. Temperatur konstan tc1 dan tc2 diatur pada permukaan dinding.

Dalam kasus (l>>r), permukaan isotermal akan menjadi silinder, dan medan suhu akan menjadi satu dimensi. Yaitu, t=f(r), di mana r adalah koordinat sistem silinder saat ini, r1£r£r2..gif" width="113" height="48">.

Pengenalan variabel baru memungkinkan kita untuk membawa persamaan ke bentuk: https://pandia.ru/text/78/654/images/image047.gif" width="107" height="25">, kita punya :

https://pandia.ru/text/78/654/images/image049.gif" width="253" height="25 src=">.

Substitusikan nilai C1 dan C2 ke dalam persamaan , kita mendapatkan:

https://pandia.ru/text/78/654/images/image051.gif" width="277" height="25 src=">.

Ekspresi ini adalah persamaan kurva logaritmik. Akibatnya, di dalam dinding silinder homogen pada nilai konduktivitas termal yang konstan, suhu berubah sesuai dengan hukum logaritmik.

Untuk menemukan jumlah kalor yang melewati luas permukaan dinding silinder F per satuan waktu, Anda dapat menggunakan hukum Fourier:

Substitusikan ke dalam persamaan hukum Fourier nilai gradien suhu menurut persamaan kita mendapatkan: (*) ® Nilai Q tidak bergantung pada ketebalan dinding, tetapi pada rasio diameter luarnya terhadap diameter dalam.

Jika Anda merujuk fluks panas per satuan panjang dinding silinder, maka persamaan (*) dapat ditulis sebagai https://pandia.ru/text/78/654/images/image056.gif" width="67" height= "52 src="> adalah tahanan termal dari konduktivitas termal dinding silinder.

Untuk dinding silinder multilayer https://pandia.ru/text/78/654/images/image058.gif" width="225" height="57 src=">.

6. Perpindahan panas melalui dinding silinder (kondisi batas jenis ke-3).

Mari kita perhatikan dinding silinder seragam yang sangat panjang dengan diameter dalam d1, diameter luar d2 dan konduktivitas termal konstan. Nilai suhu media tl1 panas dan tl2 dingin dan koefisien perpindahan panas a1 dan a2 diberikan. untuk mode stasioner, kita dapat menulis:

https://pandia.ru/text/78/654/images/image060.gif" width="116" height="75 src=">.gif" width="157" height="25 src=">

di mana - koefisien perpindahan panas linier, mencirikan intensitas perpindahan panas dari satu cairan ke cairan lain melalui dinding yang memisahkannya; secara numerik sama dengan jumlah kalor yang berpindah dari satu medium ke medium lain melalui dinding pipa yang panjangnya 1 m per satuan waktu dengan perbedaan suhu antara keduanya sebesar 1 K.

Kebalikan dari koefisien perpindahan panas linier disebut resistensi termal linier terhadap perpindahan panas.

Untuk dinding multilayer, tahanan termal linier terhadap perpindahan panas adalah jumlah dari tahanan termal linier terhadap perpindahan panas dan jumlah dari tahanan termal linier terhadap konduktivitas termal dari lapisan-lapisan tersebut.

Suhu pada batas antar lapisan: https://pandia.ru/text/78/654/images/image065.gif" width="145" height="29">; ; https://pandia.ru/text/78/654/images/image068.gif" width="160" height="25 src=">

di mana – koefisien perpindahan panas untuk dinding bola.

Kebalikan dari koefisien perpindahan panas dari dinding bola disebut resistensi termal terhadap perpindahan panas dari dinding bola.

Kondisi perbatasansaya baik.

Misalkan ada bola dengan jari-jari permukaan dalam dan luar r1 dan r2, konduktivitas termal konstan, dan diberikan suhu permukaan terdistribusi seragam tc1 dan tc2.

Dalam kondisi ini, suhu hanya bergantung pada jari-jari r. Menurut hukum Fourier, fluks panas melalui dinding bola sama dengan: .

Integrasi persamaan memberikan distribusi suhu berikut di lapisan bola:

https://pandia.ru/text/78/654/images/image073.gif" width="316" height="108">;

Karena itu , d - ketebalan dinding.

Distribusi suhu: ® pada konduktivitas termal konstan, suhu di dinding bola berubah sesuai dengan hukum hiperbolik.

8. Ketahanan termal.

Dinding datar satu lapis:

Kondisi batas dari jenis pertama

Rasionya disebut konduktivitas termal dinding, dan kebalikannya adalah https://pandia.ru/text/78/654/images/image036_0.gif" width="349" height="55">.

Dinding silinder lapisan tunggal:

Kondisi batas dari jenis pertama

Nilai https://pandia.ru/text/78/654/images/image076.gif" width="147" height="56 src=">)

Kondisi batas jenis ke-3

Resistansi termal linier terhadap perpindahan panas: https://pandia.ru/text/78/654/images/image078.gif" width="249" height="53"> (dinding multilayer)

9. Diameter isolasi kritis.

Mari kita pertimbangkan kasus ketika pipa ditutupi dengan insulasi termal satu lapis dengan diameter luar d3. dengan asumsi koefisien perpindahan panas yang diberikan dan konstan a1 dan a2, suhu kedua cairan tl1 dan tl2, konduktivitas termal pipa l1 dan insulasi l2.

Menurut persamaan , ekspresi untuk resistansi termal linier terhadap perpindahan panas melalui dinding silinder dua lapis memiliki bentuk: https://pandia.ru/text/78/654/images/image080.gif" width="72" height=" 52 src="> akan meningkat, dan sukunya berkurang. Dengan kata lain, peningkatan diameter luar insulasi memerlukan peningkatan ketahanan termal terhadap konduktivitas termal insulasi dan penurunan ketahanan termal terhadap perpindahan panas pada permukaan luarnya. Yang terakhir ini disebabkan oleh peningkatan luas permukaan luar.

Fungsi ekstrem Rl – – diameter kritis dilambangkan sebagai dcr. Berfungsi sebagai indikator kesesuaian bahan untuk digunakan sebagai insulasi termal untuk pipa dengan diameter luar tertentu d2 pada koefisien perpindahan panas tertentu a2.

10. Pilihan isolasi termal sesuai dengan diameter kritis.

Lihat pertanyaan 9. Diameter insulasi harus melebihi diameter kritis insulasi.

11. Perpindahan panas melalui dinding bergaris. Faktor sirip.

Pertimbangkan dinding bergaris dengan ketebalan d dan konduktivitas termal l. Pada sisi yang licin, luas permukaannya adalah F1, dan pada sisi yang bergaris, F2. suhu tl1 dan tl2 konstan dalam waktu, serta koefisien perpindahan panas a1 dan a2, ditetapkan.

Mari kita nyatakan suhu permukaan halus sebagai tc1. Mari kita asumsikan bahwa suhu permukaan sirip dan dinding itu sendiri adalah sama dan sama dengan tc2. Asumsi seperti itu, secara umum, tidak sesuai dengan kenyataan, tetapi menyederhanakan perhitungan dan sering digunakan.

Ketika tl1 > tl2, ekspresi berikut dapat ditulis untuk fluks kalor Q:

;;https://pandia.ru/text/78/654/images/image086.gif" width="148" height="28 src=">

di mana – koefisien perpindahan panas untuk dinding berusuk.

Saat menghitung kerapatan fluks panas per unit permukaan dinding tidak berusuk, kami memperoleh: . k1 adalah koefisien perpindahan panas yang terkait dengan permukaan dinding tidak bersirip.

Perbandingan luas permukaan bergaris dengan luas permukaan halus F2/F1 disebut faktor sirip.

12. Konduktivitas termal non-stasioner. titik panduan. Arti fisis dari Bi, Fo.

Konduktivitas termal non-stasioner adalah proses di mana suhu pada titik tertentu berubah dari waktu ke waktu, dan himpunan suhu yang ditunjukkan membentuk medan suhu non-stasioner, yang penentuannya merupakan tugas utama termal non-stasioner. daya konduksi. Proses konduksi termal transien sangat penting untuk instalasi pemanas, ventilasi, AC, suplai panas dan pembangkit panas. Kandang bangunan mengalami efek termal yang bervariasi terhadap waktu baik dari sisi udara luar maupun dari sisi ruangan; dengan demikian, proses konduksi panas non-stasioner dilakukan dalam susunan selubung bangunan. Masalah menemukan medan suhu tiga dimensi dapat dirumuskan sesuai dengan prinsip-prinsip yang diuraikan dalam bagian "perumusan matematika masalah perpindahan panas". Rumusan masalah meliputi persamaan konduksi panas: , di mana adalah difusivitas termal m2/s, serta kondisi keunikan yang memungkinkan untuk memilih solusi tunggal dari himpunan solusi persamaan yang berbeda nilainya dari konstanta integrasi.

Kondisi keunikan meliputi kondisi awal dan kondisi batas. Kondisi awal menetapkan nilai fungsi yang diinginkan t pada saat awal waktu di seluruh wilayah D. Sebagai wilayah D di mana diperlukan untuk menemukan medan suhu, kami akan mempertimbangkan parallelepiped persegi panjang dengan dimensi 2d, 2ly, 2lz, misalnya, elemen struktur bangunan. Maka kondisi awal dapat ditulis sebagai: untuk t =0 dan - d£x£d; - ly£y£ly; -lz£z£lz kita memiliki t = t(x, y, z, 0) = t0(x, y, z). Dapat dilihat dari entri ini bahwa asal usul sistem koordinat Cartesian terletak di pusat simetri paralelepiped.

Kami merumuskan kondisi batas dalam bentuk kondisi batas jenis ketiga, yang sering ditemui dalam praktik. Kondisi batas jenis III diatur untuk setiap saat pada batas-batas wilayah D koefisien perpindahan panas dan suhu lingkungan. Dalam kasus umum, nilai-nilai ini dapat berbeda di berbagai bagian permukaan S daerah D. Untuk kasus koefisien perpindahan panas yang sama a di seluruh permukaan S dan di mana-mana suhu lingkungan yang sama tzh, kondisi batas jenis ketiga pada t > 0 dapat ditulis sebagai: ; ;

di mana . S adalah permukaan yang membatasi luas D.

Suhu di masing-masing dari tiga persamaan diambil pada permukaan paralelepiped yang sesuai.

Mari kita pertimbangkan solusi analitik dari masalah yang dirumuskan di atas dalam versi satu dimensi, yaitu, di bawah kondisi ly, lz »d. Dalam hal ini, diperlukan untuk menemukan medan suhu dalam bentuk t = t(x, t). Mari kita tulis pernyataan masalah:

persamaan ;

kondisi awal: pada t = 0 kita memiliki t(x, 0) = t0 = const;

kondisi batas: untuk x = ±d, t > 0 kami memiliki https://pandia.ru/text/78/654/images/image095.gif" width="141" height="27">. Masalahnya ada di untuk mendapatkan rumus spesifik t = t(x, t), yang memungkinkan untuk menemukan suhu t pada titik mana pun dari pelat pada momen waktu yang berubah-ubah.

Mari kita merumuskan masalah dalam variabel berdimensi, ini akan mengurangi entri dan membuat solusinya lebih universal. Suhu tak berdimensi adalah , koordinat tak berdimensi adalah X = x/d..gif" width="149" height="27 src=">.gif" width="120" height="25">, di mana – nomor biot.

Rumusan masalah dalam bentuk tak berdimensi berisi parameter tunggal - bilangan Biot, yang dalam hal ini merupakan kriteria, karena hanya terdiri dari jumlah yang termasuk dalam kondisi keunikan. Penggunaan bilangan Biot dikaitkan dengan mencari medan suhu dalam padatan, sehingga penyebut Bi adalah konduktivitas termal padatan. Bi adalah parameter yang telah ditentukan dan merupakan kriteria.

Jika kita mempertimbangkan 2 proses konduksi panas non-stasioner dengan bilangan Biot yang sama, maka, menurut teorema kesamaan ketiga, proses ini serupa. Ini berarti bahwa pada titik yang sama (yaitu pada X1=X2; Fo1=Fo2) suhu tak berdimensi akan sama secara numerik: Q1=Q2. oleh karena itu, setelah melakukan satu perhitungan dalam bentuk tak berdimensi, kita akan memperoleh hasil yang valid untuk kelas fenomena serupa yang mungkin berbeda dalam parameter dimensi a, l, d, t0 dan tl.

13. Konduktivitas termal non-stasioner untuk dinding datar tak terbatas.

Lihat pertanyaan 12.

17. Persamaan energi. kondisi untuk ketidakjelasan.

Persamaan energi menggambarkan proses perpindahan panas dalam media material. Pada saat yang sama, distribusinya dikaitkan dengan transformasi menjadi bentuk energi lain. Hukum kekekalan energi dalam kaitannya dengan proses transformasinya dirumuskan dalam bentuk hukum pertama termodinamika, yang merupakan dasar untuk menurunkan persamaan energi. Media di mana panas merambat diasumsikan kontinu; itu bisa diam atau bergerak. Karena kasus media bergerak lebih umum, kami menggunakan ekspresi untuk hukum pertama termodinamika untuk aliran: (17.1) , di mana q adalah panas masukan, J/kg; h adalah entalpi, J/kg; w adalah kecepatan medium pada titik yang dipertimbangkan, m/s; g adalah percepatan jatuh bebas; z adalah ketinggian di mana elemen media yang dipertimbangkan berada, m; ltr adalah usaha melawan gaya gesekan dalam, J/kg.

Sesuai dengan persamaan 17.1, masukan panas dihabiskan untuk meningkatkan entalpi, energi kinematik dan energi potensial di bidang gravitasi, serta untuk melakukan pekerjaan melawan gaya kental..gif" width="265 height=28" height= "28"> (17.2) .

T. untuk. (17.3) .

Mari kita hitung jumlah panas masukan dan keluaran per satuan waktu untuk elemen menengah dalam bentuk paralelepiped persegi panjang, dimensi yang cukup kecil untuk mengasumsikan perubahan linier dalam kerapatan fluks panas dalam batas-batasnya..gif" lebar ="236" height="52 ">; perbedaannya adalah .

Melakukan operasi serupa untuk sumbu 0y dan 0z, kami memperoleh perbedaan, masing-masing: perbedaan kami mendapatkan jumlah panas yang disuplai (atau dihilangkan) ke elemen per satuan waktu.

Kami membatasi diri pada kasus aliran dengan kecepatan sedang, maka jumlah panas yang diberikan sama dengan perubahan entalpi. Jika kita berasumsi bahwa paralelepiped dasar dipasang di ruang angkasa dan wajahnya dapat ditembus aliran, maka rasio yang ditunjukkan dapat direpresentasikan sebagai: https://pandia.ru/text/78/654/images/image114.gif" lebar ="18" height="31"> – laju perubahan entalpi pada titik tetap dalam ruang tertutup oleh paralelepiped dasar; tanda minus diperkenalkan untuk mencocokkan perpindahan panas dan perubahan entalpi: hasil masuknya panas<0 должен вызывать увеличение энтальпии.

(17.10) .

Penurunan persamaan energi diselesaikan dengan mensubstitusikan persamaan (17,6) dan (17,10) ke dalam persamaan (17,4). karena operasi ini bersifat formal, kita akan melakukan transformasi hanya untuk sumbu 0x: (17.11) .

Dengan parameter fisik media yang konstan, kami memperoleh ekspresi berikut untuk turunannya: (17.12) . Setelah menerima ekspresi serupa untuk proyeksi pada sumbu lain, kami akan membuat jumlah yang terlampir dalam tanda kurung di sisi kanan persamaan (17.4). Dan setelah beberapa transformasi kita dapatkan persamaan energi untuk media yang tidak dapat dimampatkan pada laju aliran sedang:

(17.13) .

Sisi kiri persamaan mencirikan laju perubahan suhu dari partikel fluida yang bergerak. Sisi kanan persamaan adalah jumlah turunan dari bentuk dan, oleh karena itu, menentukan suplai (atau pemindahan) panas yang dihasilkan karena konduksi panas.

Dengan demikian, persamaan energi memiliki arti fisik yang jelas: perubahan suhu partikel fluida individu yang bergerak (sisi kiri) ditentukan oleh aliran panas ke dalam partikel ini dari fluida di sekitarnya karena konduksi panas (sisi kanan).

Untuk lingkungan stasioner, anggota konvektif https://pandia.ru/text/78/654/images/image128.gif" width="168" height="51">.gif" width="76" height="20 src= ">.

kondisi untuk ketidakjelasan.

Persamaan diferensial memiliki jumlah solusi yang tak terbatas, secara formal fakta ini tercermin dalam adanya konstanta integrasi yang berubah-ubah. Untuk memecahkan masalah teknik tertentu, beberapa kondisi tambahan harus ditambahkan ke persamaan yang terkait dengan esensi dan ciri khas dari masalah ini.

Bidang fungsi yang diinginkan - suhu, kecepatan dan tekanan - ditemukan di area tertentu, di mana bentuk dan dimensi harus ditentukan, dan dalam interval waktu tertentu. Untuk mendapatkan solusi tunggal dari masalah dari satu set yang mungkin, perlu untuk mengatur nilai-nilai fungsi yang dicari: pada saat awal waktu di seluruh area yang dipertimbangkan; sewaktu-waktu pada batas-batas wilayah yang ditinjau.