Varmebølge. Varmeflukstetthet. Fouriers lov. Måling av varmeflukstetthet (termisk stråling) Begreper og definisjoner

GOST 25380-82

Gruppe G19

STATSSTANDARD FOR UNION AV SSR

BYGNINGER OG KONSTRUKSJONER

Metode for å måle tettheten til varmeflukser,

passerer gjennom bygningskonvolutten

Bygninger og konstruksjoner.

Metode for å måle tetthet av varmestrømmer

passerer gjennom innhegningskonstruksjoner

Introduksjonsdato 1983 - 01-01

GODKJENT OG INTRODUSERT AV resolusjon nr. 182 fra USSR State Committee for Construction Affairs datert 14. juli 1982

REPUBLIKASJON. juni 1987

Denne standarden etablerer en enhetlig metode for å bestemme tettheten til varmeflukser som passerer gjennom enkeltlags og flerlags bygningskonvolutter til boliger, offentlige, industrielle og landbruksbygg og strukturer under en eksperimentell studie og under deres driftsforhold.

Målinger av varmefluksdensitet utføres ved omgivelsestemperatur fra 243 til 323 K (fra minus 30 til pluss 50 °C) og relativ luftfuktighet opptil 85 %.

Målinger av tettheten til varmeflukser gjør det mulig å kvantifisere den termiske ytelsen til de omsluttende konstruksjonene til bygninger og konstruksjoner og å etablere det faktiske varmeforbruket gjennom de eksterne omsluttende konstruksjonene.

Standarden gjelder ikke for gjennomskinnelige omsluttende konstruksjoner.

1. Generelle bestemmelser

1.1. Metoden for å måle varmeflukstettheten er basert på å måle temperaturforskjellen på "hjelpeveggen" (platen) installert på bygningskonvolutten. Denne temperaturforskjellen, som er proporsjonal med dens tetthet i retning av varmestrømmen, omdannes til en emf. batterier av termoelementer plassert i "hjelpeveggen" parallelt med varmestrømmen og koblet i serie i henhold til det genererte signalet. "Auxiliary wall" og termoelementstabel danner en varmefluksomformer

1.2. Varmeflukstettheten måles på skalaen til en spesialisert enhet, som inkluderer en varmefluksomformer, eller beregnes fra resultatene av emk-måling. på forhåndskalibrerte varmeflukstransdusere.

Opplegget for å måle varmefluksdensiteten er vist på tegningen.

Skjema for å måle varmefluksdensiteten

1 - omsluttende struktur; 2 - varmefluksomformer; 3 - emf meter;

Temperatur på intern og ekstern luft; , , - utetemperatur,

indre overflater av den omsluttende strukturen nær og under transduseren, henholdsvis;

Termisk motstand av bygningskonvolutten og varmefluksomformeren;

Varmeflukstetthet før og etter fiksering av transduseren.

2. Maskinvare

2.1. For å måle tettheten til varmeflukser, brukes ITP-11-enheten (det er tillatt å bruke den forrige modellen av ITP-7-enheten) i henhold til spesifikasjonene.

De tekniske egenskapene til ITP-11-enheten er gitt i referansevedlegg 1.

2.2. Under termisk testing av omsluttende strukturer er det tillatt å måle tettheten til varmeflukser ved å bruke separat produserte og kalibrerte varmefluksomformere med termisk motstand opp til 0,025-0,06 (m2) / W og enheter som måler emf generert av omformerne .

Det er tillatt å bruke omformeren som brukes i installasjonen for å bestemme den termiske ledningsevnen i samsvar med GOST 7076-78.

2.3. Varmestrømsomformere i henhold til punkt 2.2 må oppfylle følgende grunnleggende krav:

materialer til "hjelpeveggen" (platen) må beholde sine fysiske og mekaniske egenskaper ved en omgivelsestemperatur på 243 til 323 K (fra minus 30 til pluss 50 °C);

materialer bør ikke fuktes og fuktes med vann i væske- og dampfaser;

forholdet mellom transduserdiameteren og tykkelsen må være minst 10;

omformere må ha en beskyttelsessone rundt termoelementbatteriet, hvis lineære størrelse skal være minst 30 % av radiusen eller halvparten av omformerens lineære størrelse;

hver produserte varmefluksomformer må kalibreres i organisasjoner som på foreskrevet måte har fått rett til å produsere disse omformere;

under de ovennevnte miljøforholdene, må kalibreringsegenskapene til transduseren opprettholdes i minst ett år.

2.4. Kalibrering av transdusere i henhold til klausul 2.2 er tillatt å utføre på en installasjon for å bestemme termisk ledningsevne i samsvar med GOST 7076-78, der varmeflukstettheten beregnes fra resultatene av måling av temperaturforskjellen på referanseprøver av materialer sertifisert i samsvar med GOST 8.140-82 og installert i stedet for de testede prøvene. Kalibreringsmetoden for varmefluksomformeren er gitt i det anbefalte vedlegg 2.

2.5. Omformerne kontrolleres minst en gang i året, som angitt i avsnittene. 2.3, 2.4.

2.6. For å måle emf. varmefluksomformer, er det tillatt å bruke et bærbart potensiometer PP-63 i henhold til GOST 9245-79, digitale voltameter V7-21, F30 eller andre emf-målere, der den beregnede feilen i området for målt emf. av varmefluksomformeren ikke overstiger 1 % og inngangsmotstanden er minst 10 ganger høyere enn den interne motstanden til omformeren.

Ved termisk testing av bygningskonvolutter ved bruk av separate svingere, er det å foretrekke å bruke automatiske registreringssystemer og -enheter.

3.Forberedelse til måling

3.1. Målingen av varmeflukstettheten utføres som regel fra innsiden av de omsluttende strukturene til bygninger og strukturer.

Det er tillatt å måle tettheten av varmeflukser fra utsiden av de omsluttende strukturene hvis det er umulig å måle dem fra innsiden (aggressivt miljø, svingninger i luftparametere), forutsatt at en stabil temperatur på overflaten opprettholdes. Kontrollen av varmeoverføringsforholdene utføres ved hjelp av en temperatursonde og midler for å måle varmeflukstettheten: når de måles i 10 minutter, skal avlesningene deres være innenfor målefeilen til instrumentene.

3.2. Overflatearealer velges spesifikke eller karakteristiske for hele den testede bygningskonvolutten, avhengig av behovet for å måle den lokale eller gjennomsnittlige varmefluksdensiteten.

Områdene som velges på omsluttende struktur for målinger må ha et overflatelag av samme materiale, samme bearbeiding og overflatetilstand, ha samme betingelser for strålevarmeoverføring og bør ikke være i umiddelbar nærhet til elementer som kan endre retning og verdi av varmestrømmer.

3.3. Overflateområdene til de omsluttende strukturene, som varmeflukskonverteren er installert på, rengjøres til de synlige og håndgripelige ruhetene er eliminert.

3.4. Transduseren presses tett over hele overflaten til den omsluttende strukturen og festes i denne posisjonen, noe som sikrer konstant kontakt mellom varmeflukstransduseren og overflaten av de studerte områdene under alle etterfølgende målinger.

Ved montering av transduseren mellom den og den omsluttende strukturen, er dannelse av luftspalter ikke tillatt. For å eliminere dem påføres et tynt lag teknisk vaselin på overflaten på målestedene, og dekker overflateuregelmessighetene.

Svingeren kan festes langs sideoverflaten ved hjelp av en løsning av byggegips, teknisk vaselin, plasticine, en stang med fjær og andre midler som utelukker forvrengning av varmefluksen i målesonen.

3.5. Under operasjonelle målinger av varmeflukstettheten limes den løse overflaten på transduseren med et lag materiale eller overmales med maling med samme eller lignende grad av emissivitet med en forskjell på 0,1 som materialet til overflatelaget på den omsluttende strukturen.

3.6. Leseapparatet plasseres i en avstand på 5-8 m fra målestedet eller i et tilstøtende rom for å eliminere observatørens innflytelse på verdien av varmefluksen.

3.7. Når du bruker enheter for måling av emf, som har begrensninger på omgivelsestemperaturen, plasseres de i et rom med en lufttemperatur som er akseptabel for driften av disse enhetene, og varmefluksomformeren kobles til dem ved hjelp av forlengelsesledninger.

Ved måling med ITP-1-apparatet er varmefluksomformeren og måleapparatet plassert i samme rom, uavhengig av lufttemperaturen i rommet.

3.8. Utstyret i henhold til punkt 3.7 er klargjort for drift i samsvar med bruksanvisningen for den tilsvarende enheten, inkludert å ta hensyn til enhetens nødvendige eksponeringstid for å etablere et nytt temperaturregime i den.

4. Ta målinger

4.1. Måling av varmefluksdensitet utføres:

ved bruk av ITP-11-enheten - etter gjenoppretting av varmeoverføringsforholdene i rommet nær kontrollseksjonene til de omsluttende strukturene, forvrengt under forberedende operasjoner, og etter restaureringen direkte på teststedet til det forrige varmeoverføringsregimet som ble forstyrret når omformeren var festet;

under termiske tester ved bruk av varmefluksomformere i henhold til paragraf 2.2 - etter begynnelsen av en ny stabil varmeoverføringstilstand under omformeren.

Etter å ha utført de forberedende operasjonene i henhold til paragrafene. 3.2-3.5 ved bruk av ITP-11-enheten, gjenopprettes varmeoverføringsmodusen på målestedet omtrent etter 5 - 10 minutter, ved bruk av varmefluksomformere i henhold til paragraf 2.2 - etter 2-6 timer.

Indikatoren for fullføringen av den forbigående varmeoverføringsmodusen og muligheten for å måle varmefluksdensiteten kan betraktes som repeterbarheten til resultatene av måling av varmefluksdensiteten innenfor den etablerte målefeilen.

4.2. Ved måling av varmestrømmen i en bygningskonvolutt med en termisk motstand på mindre enn 0,6 (kvm) / W, måles temperaturen på overflaten samtidig ved hjelp av termoelementer i en avstand på 100 mm fra omformeren, under den og temperaturen av innvendig og utvendig luft i en avstand på 100 mm fra veggen.

5. Behandling av resultater

5.1. Ved bruk av ITP-11-enheter hentes verdien av varmeflukstetthet (W / kvm) direkte fra enhetens skala.

5.2. Ved bruk av separate transdusere og millivoltmetere for å måle emf. tettheten til varmefluksen som går gjennom omformeren, W/kvm, beregnes med formelen

(1)

5.3. Bestemmelsen av kalibreringskoeffisienten til transduseren, under hensyntagen til testtemperaturen, utføres i henhold til det anbefalte vedlegg 2.

5.4. Verdien av varmeflukstettheten, W / kvm, målt i henhold til punkt 4.3, beregnes ved hjelp av formelen

(2)

hvor -

og -

utelufttemperatur foran omformeren, K (°С);

overflatetemperatur i måleområdet nær transduseren og under transduseren, henholdsvis K (°С).

5.5. Måleresultatene er registrert i skjemaet gitt i det anbefalte vedlegg 3.

5.6. Resultatet av å bestemme varmeflukstettheten tas som det aritmetiske gjennomsnittet av resultatene av fem målinger ved en posisjon av transduseren på bygningskonvolutten.

Vedlegg 1

Referanse

Tekniske egenskaper for enheten ITP-11

ITP-11-enheten er en kombinasjon av en varmefluksomformer til et elektrisk likestrømssignal med en måleenhet, hvis skala er gradert i enheter med varmeflukstetthet.

1. Målegrenser for varmeflukstetthet: 0-50; 0-250 W/kvm.

2. Prisinndeling av instrumentskalaen: 1; 5 W/kvm.

3. Hovedfeilen til enheten i prosent ved en lufttemperatur på 20 °C.

4. Ytterligere feil på grunn av endringer i temperaturen i luften som omgir måleanordningen overstiger ikke 1 % for hver 10 K (°C) temperaturendringer i området fra 273 til 323 K (fra 0 til 50°C).

Ytterligere feil på grunn av temperaturendringer i varmefluksomformeren overstiger ikke 0,83 % per 10 K (°C) temperaturendring i området fra 273 til 243 K (fra 0 til minus 30 °C).

5. Termisk motstand til varmefluksomformeren - ikke mer enn 3·10 (kv/m·K)/W.

6. Tiden for etablering av indikasjoner er ikke mer enn 3,5 minutter.

7. Totale dimensjoner av saken - 290x175x100 mm.

8. Totalmål for varmefluksomformeren: diameter 27 mm, tykkelse 1,85 mm.

9. Overordnede dimensjoner av måleapparatet - 215x115x90 mm.

10 Lengden på den elektriske ledningen - 7 m.

11. Vekten på enheten uten etui - ikke mer enn 2,5 kg.

12. Strømforsyning - 3 elementer "316".

Vedlegg 2

Kalibreringsmetode for varmeflukskonverter

Den produserte varmefluksomformeren blir utsatt for kalibrering ved installasjonen for å bestemme den termiske ledningsevnen til byggematerialer i henhold til GOST 7076-78, der en kalibrert omformer og en referansematerialeprøve i henhold til GOST 8.140-82 er installert i stedet for testprøven .

Ved kalibrering må rommet mellom temperaturkontrollplaten til installasjonen og referanseprøven utenfor omformeren fylles med et materiale som i termofysiske egenskaper ligner materialet til omformeren for å sikre endimensjonaliteten til varmefluksen som passerer gjennom. det i arbeidsdelen av installasjonen. E.m.f.-måling på omformeren og referanseprøven utføres av en av enhetene oppført i avsnitt 2.6 i denne standarden.

Kalibreringskoeffisienten til transduseren, W / (sq.m mV) ved en gitt gjennomsnittstemperatur av eksperimentet er funnet fra resultatene av målinger av varmefluksdensiteten og emf. i henhold til følgende forhold

Varmeflukstettheten beregnes fra resultatene av å måle temperaturforskjellen på referanseprøven i henhold til formelen


hvor		termisk ledningsevne til referansematerialet, W/(m.K);
		temperaturen på de øvre og nedre overflatene av standarden, henholdsvis K(°С);
		standard tykkelse, m

Det anbefales å velge gjennomsnittstemperaturen i eksperimentene når du kalibrerer transduseren i området fra 243 til 323 K (fra minus 30 til pluss 50 °C) og opprettholde den med et avvik på ikke mer enn ±2 K (°C) .

Resultatet av å bestemme koeffisienten til transduseren tas som det aritmetiske gjennomsnittet av verdiene beregnet fra resultatene av målinger av minst 10 eksperimenter. Antall signifikante sifre i verdien av kalibreringsfaktoren til transduseren tas i samsvar med målefeilen.

Temperaturkoeffisienten til transduseren, K (), er funnet fra resultatene av målinger av emf. i kalibreringseksperimenter ved forskjellige gjennomsnittlige transdusertemperaturer i henhold til forholdet


hvor ,	Gjennomsnittlig transdusertemperatur i to eksperimenter, K (°C);
	Kalibreringskoeffisienter for transduseren ved en gjennomsnittlig temperatur, henholdsvis, og, W/(kvm V).

Forskjellen mellom gjennomsnittstemperaturene og må være minst 40 K (°C).

Resultatet av å bestemme temperaturkoeffisienten til transduseren tas som den aritmetiske middelverdien av tettheten beregnet fra resultatene av minst 10 eksperimenter med forskjellig gjennomsnittstemperatur for transduseren.

Verdien av kalibreringskoeffisienten til varmefluksomformeren ved testtemperaturen, W / (sq.m mV), er funnet av følgende formel

hvor

(Verdien av kalibreringskoeffisienten til transduseren ved testtemperaturen

W/(sq.m.mV)

Type og nummer på måleapparat


Type gjerde		Instrumentavlesning, mV		Verdien av varmeflukstettheten
kålsuppe konst-	Lottnummer	Målenummer	Gjennomsnittlig nettsted	skalert	gyldig
ruksjoner

Operatørens signatur _________________

Dato for målinger ___________

Teksten i dokumentet er verifisert av:

offisiell publikasjon

Gosstroy av USSR -

M.: Forlag av standarder, 1988

20.03.2014

Måling av tettheten til varmestrømmer som passerer gjennom bygningsskalaen. GOST 25380-82

Varmefluks - mengden varme som overføres gjennom en isoterm overflate per tidsenhet. Varmestrøm måles i watt eller kcal / t (1 W \u003d 0,86 kcal / t). Varmefluksen per enhet av isoterm overflate kalles varmefluksdensiteten eller varmebelastningen; vanligvis betegnet med q, målt i W / m 2 eller kcal / (m 2 × h). Varmeflukstettheten er en vektor, hvor enhver komponent er numerisk lik mengden varme som overføres per tidsenhet gjennom en enhetsareal vinkelrett på retningen til den tatt komponent.

Målinger av tettheten til varmestrømmer som passerer gjennom bygningskonvolutten, utføres i samsvar med GOST 25380-82 "Bygninger og strukturer. Metode for å måle tettheten til varmestrømmer som passerer gjennom bygningsskalaen.

Denne GOST etablerer en metode for å måle tettheten av varmefluks som passerer gjennom enkeltlags og flerlags omsluttende strukturer av bygninger og strukturer - offentlige, boliger, landbruk og industri.

For tiden, i konstruksjon, aksept og drift av bygninger, så vel som i bolig- og kommunal sektor, er det lagt stor vekt på kvaliteten på den ferdige konstruksjonen og interiørdekorasjonen, termisk isolasjon av boligbygg, samt energisparing.

En viktig evalueringsparameter i dette tilfellet er varmeforbruket fra isolasjonskonstruksjoner. Tester av kvaliteten på termisk beskyttelse av bygningskonvolutter kan utføres på forskjellige stadier: under idriftsettelse av bygninger, på ferdige byggeplasser, under konstruksjon, under overhaling av strukturer og under drift av bygninger for å utarbeide energipass til bygninger , og på klager.

Målinger av varmeflukstetthet bør utføres ved en omgivelsestemperatur på -30 til +50 °C og en relativ fuktighet på ikke mer enn 85 %.

Målinger av varmeflukstettheten gjør det mulig å estimere varmestrømmen gjennom bygningsskalaen og dermed bestemme den termiske ytelsen til bygnings- og konstruksjonsblokkene.

Denne standarden gjelder ikke for å vurdere den termiske ytelsen til omsluttende strukturer som overfører lys (glass, plast, etc.).

La oss vurdere hva metoden for å måle varmefluksdensiteten er basert på. En plate (den såkalte "hjelpeveggen") er installert på den omsluttende strukturen til bygningen (strukturen). Temperaturfallet som dannes på denne "hjelpeveggen" er proporsjonalt med dens tetthet i retning av varmestrømmen. Temperaturforskjellen konverteres til den elektromotoriske kraften til termoelementbatterier, som er plassert på "hjelpeveggen" og er orientert parallelt med varmestrømmen, og kobles i serie i henhold til det genererte signalet. Sammen utgjør "hjelpeveggen" og termoelementstabelen en måletransduser for måling av varmeflukstettheten.

Basert på resultatene av måling av den elektromotoriske kraften til termoelementbatterier, beregnes varmeflukstettheten på forhåndskalibrerte transdusere.

Opplegget for å måle varmefluksdensiteten er vist på tegningen.

1 - omsluttende struktur; 2 - varmefluksomformer; 3 - emf meter;

t inn, t n- temperatur på intern og ekstern luft;

τ n, τ inn, τ’ inn- temperaturen på de ytre og indre overflatene av den omsluttende strukturen nær og under omformeren, henholdsvis;

R 1 , R 2 - termisk motstand av bygningskonvolutten og varmefluksomformeren;

q 1, q 2- varmeflukstetthet før og etter fiksering av omformeren

Kilder til infrarød stråling. Infrarød beskyttelse på arbeidsplasser

Kilden til infrarød stråling (IR) er ethvert oppvarmet legeme, hvis temperatur bestemmer intensiteten og spekteret til den utsendte elektromagnetiske energien. Bølgelengden med maksimal energi av termisk stråling bestemmes av formelen:

λ maks = 2,9-103 / T [µm] (1)

der T er den absolutte temperaturen til det utstrålende legemet, K.

Infrarød stråling er delt inn i tre områder:

kortbølge (X \u003d 0,7 - 1,4 mikron);
mellombølge (k \u003d 1,4 - 3,0 mikron):
langbølgelengde (k = 3,0 μm - 1,0 mm).

På menneskekroppen har elektriske bølger i IR-området hovedsakelig en termisk effekt. Når du vurderer denne påvirkningen, tas følgende i betraktning:

lengde og intensitet av bølgen med maksimal energi;

området til den utsendte overflaten;

eksponeringens varighet i løpet av arbeidsdagen;

varigheten av kontinuerlig eksponering;

intensiteten av fysisk arbeid;

intensiteten av luftbevegelse på arbeidsplassen;

Typen stoff som kjeledressen er laget av;

individuelle egenskaper ved kroppen.

Kortbølgeområdet inkluderer stråler med en bølgelengde λ ≤ 1,4 μm. De er preget av evnen til å trenge inn i vevet i menneskekroppen til en dybde på flere centimeter. Denne påvirkningen forårsaker alvorlig skade på ulike menneskelige organer og vev med forverrende konsekvenser. Det er en økning i temperaturen i muskler, lunger og annet vev. Spesifikke biologisk aktive stoffer dannes i sirkulasjons- og lymfesystemet. Sentralnervesystemets arbeid er forstyrret.

Mellombølgeområdet inkluderer stråler med en bølgelengde λ = 1,4 - 3,0 μm. De trenger bare inn i de overfladiske lagene av huden, og derfor er deres effekt på menneskekroppen begrenset til en økning i temperaturen på utsatte hudområder og en økning i kroppstemperaturen.

Langt bølgelengdeområde - stråler med en bølgelengde λ > 3 μm. Påvirker menneskekroppen, forårsaker de den sterkeste temperaturøkningen i utsatte hudområder, noe som forstyrrer aktiviteten til luftveiene og kardiovaskulærsystemet og forstyrrer den termiske balansen til orgasme, noe som fører til heteslag.

I henhold til GOST 12.1.005-88 bør intensiteten av termisk eksponering av arbeidere fra oppvarmede overflater av teknologisk utstyr og belysningsenheter ikke overstige: 35 W / m 2 ved bestråling av mer enn 50% av kroppsoverflaten; 70 W/m 2 når den utsettes for 25 til 50 % av kroppsoverflaten; 100 W / m 2 med bestråling på ikke mer enn 25%> av kroppsoverflaten. Fra åpne kilder (oppvarmet metall og glass, åpen flamme) bør intensiteten av termisk stråling ikke overstige 140 W / m 2 med eksponering på ikke mer enn 25% av kroppsoverflaten og obligatorisk bruk av personlig verneutstyr, inkludert ansikt og øyebeskyttelse.

Standardene begrenser også temperaturen på de oppvarmede overflatene på utstyret i arbeidsområdet, som ikke bør overstige 45 °C.

Overflatetemperaturen på utstyret, der temperaturen er nær 100 °C, bør ikke overstige 35 °C.

De viktigste typene beskyttelse mot infrarød stråling inkluderer:

1. tidsbeskyttelse;

2. avstandsbeskyttelse;

3. skjerming, termisk isolasjon eller kjøling av varme overflater;

4. økning i varmeoverføring av menneskekroppen;

5. personlig verneutstyr;

6. eliminering av varmekilde.

Det er tre typer skjermer:

ugjennomsiktig;

· gjennomsiktig;

gjennomskinnelig.

I ugjennomsiktige skjermer, når energien til elektromagnetiske svingninger samhandler med stoffet i skjermen, omdannes den til termisk energi. Som et resultat av denne transformasjonen varmes skjermen opp og den blir selv en kilde til termisk stråling. Stråling fra skjermoverflaten motsatt kilden betraktes konvensjonelt som overført stråling fra kilden. Det blir mulig å beregne tettheten til varmefluksen som passerer gjennom enhetsarealet til skjermen.

Med gjennomsiktige skjermer er ting annerledes. Strålingen som faller på overflaten av skjermen er fordelt inne i den i henhold til lovene for geometrisk optikk. Dette forklarer dens optiske gjennomsiktighet.

Gjennomsiktige skjermer har både transparente og ugjennomsiktige egenskaper.

· varmereflekterende;

· varmeabsorberende;

varmeavledende.

Faktisk har alle skjermer, i en eller annen grad, egenskapen til å absorbere, reflektere eller spre varme. Derfor avhenger definisjonen av skjermen til en bestemt gruppe av hvilken egenskap som er sterkest uttrykt.

Varmereflekterende skjermer utmerker seg ved en lav grad av svarthet på overflaten. Derfor reflekterer de de fleste strålene som faller på dem.

Varmeabsorberende skjermer inkluderer skjermer der materialet de er laget av har en lav varmeledningskoeffisient (høy termisk motstand).

Gjennomsiktige filmer eller vanngardiner fungerer som varmefjernende skjermer. Skjermer inne i glass eller metallbeskyttende konturer kan også brukes.

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

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

q 3 - flukstetthet av IR-stråling med bruk av beskyttelse, W / m 2;

t er temperaturen på IR-stråling uten bruk av beskyttelse, °С;

t 3 - temperatur på IR-stråling med bruk av beskyttelse, ° С.

Instrumentering brukt

For å måle tettheten av varmestrømmer som passerer gjennom bygningskonvolutter og for å sjekke egenskapene til varmeskjold, utviklet spesialistene våre enheter i serien.

Måleområde for varmeflukstetthet: fra 10 til 250, 500, 2000, 9999 W/m2

Bruksområde:

· konstruksjon;

gjenstander av energi;

vitenskapelig forskning etc.

Målingen av varmeflukstettheten, som en indikator på de varmeisolasjonsegenskapene til forskjellige materialer, utføres av enheter i serien på:

· termotekniske tester av omsluttende konstruksjoner;

bestemmelse av varmetap i vannvarmenettverk;

utføre laboratoriearbeid på universiteter (avdelinger "Life Safety", "Industriell Økologi", etc.).

Figuren viser et prototypestativ "Bestemme parametrene til luften i arbeidsområdet og beskyttelse mot termiske effekter" BZhZ 3 (produsert av Intos + LLC).

På stativet er det en kilde til termisk stråling (husholdningsreflektor). Skjermer laget av forskjellige materialer (metall, stoff, etc.) er plassert foran kilden. Enheten er plassert bak skjermen inne i rommodellen i ulike avstander fra skjermen. En avtrekkshette med vifte er festet over rommodellen. Enheten, i tillegg til sonden for måling av varmefluksdensiteten, er utstyrt med en sonde for måling av lufttemperaturen inne i modellen. Generelt er stativet en visuell modell for å evaluere effektiviteten til ulike typer termisk beskyttelse og et lokalt ventilasjonssystem.

Ved hjelp av stativet bestemmes effektiviteten av beskyttelsesegenskapene til skjermene avhengig av materialene de er laget av og avstanden fra skjermen til kilden til termisk stråling.

Prinsippet for drift og design av enheten IPP-2

Strukturelt er enheten laget i et plastdeksel. På frontpanelet til enheten er det en firesifret LED-indikator, kontrollknapper; på sideflaten er det kontakter for å koble enheten til en datamaskin og en nettverksadapter. På topppanelet er det en kontakt for tilkobling av primæromformeren.

Utseendet til enheten

1 - Batteristatus LED

2 - Terskelbrudd LED-indikasjon

3 - Måleverdiindikator

4 - Kontakt for målesonde

5 , 6 - Kontrollknapper

7 - Kontakt for tilkobling til en datamaskin

8 - Kontakt for nettverksadapter

Prinsipp for operasjon

Prinsippet for drift av enheten er basert på å måle temperaturforskjellen på "hjelpeveggen". Størrelsen på temperaturforskjellen er proporsjonal med varmefluksdensiteten. Målingen av temperaturforskjellen utføres ved hjelp av et teiptermoelement plassert inne i sondeplaten, som fungerer som en "hjelpevegg".

Indikasjon på målinger og driftsmoduser for enheten

Enheten avhører målesonden, beregner varmefluksdensiteten og viser verdien på LED-indikatoren. Undersøkelsesintervallet for sonden er omtrent ett sekund.

Registrering av mål

Dataene som mottas fra målesonden skrives til enhetens ikke-flyktige minne med en viss periode. Innstilling av periode, lesing og visning av data utføres ved hjelp av programvaren.

Kommunikasjonsgrensesnitt

Ved hjelp av et digitalt grensesnitt kan gjeldende verdier for temperaturmåling, akkumulerte måledata leses fra enheten, enhetsinnstillingene kan endres. Måleenheten kan fungere med en datamaskin eller andre kontrollere via det digitale RS-232-grensesnittet. Valutakursen via RS-232-grensesnittet kan konfigureres av brukeren i området fra 1200 til 9600 bps.

Enhetsfunksjoner:

muligheten til å sette terskler for lyd- og lysalarmer;
overføring av målte verdier til en datamaskin via RS-232-grensesnitt.

Fordelen med enheten er muligheten til å vekselvis koble opptil 8 forskjellige varmestrømsonder til enheten. Hver sonde (sensor) har sin egen individuelle kalibreringsfaktor (konverteringsfaktor Kq), som viser hvor mye spenningen fra sensoren endrer seg i forhold til varmefluksen. Denne koeffisienten brukes av instrumentet til å konstruere kalibreringskarakteristikken til sonden, som bestemmer den nåværende målte verdien av varmefluksen.

Modifikasjoner av sonder for måling av varmeflukstetthet:

Varmefluksprober er designet for å måle overflatevarmeflukstettheten i henhold til GOST 25380-92.

Utseende av varmestrømsonder

1. PTP-ХХХП varmefluksprobe av trykktype med fjær er tilgjengelig i følgende modifikasjoner (avhengig av rekkevidden for måling av varmeflukstetthet):

PTP-2.0P: fra 10 til 2000 W / m 2;

PTP-9.9P: fra 10 til 9999 W/m 2.

2. Varmestrømsonde i form av en "mynt" på en fleksibel kabel PTP-2.0.

Måleområde for varmeflukstetthet: fra 10 til 2000 W/m 2 .

Modifikasjoner av temperatursonde:

Utseende av temperatursonder

1. Nedsenkbare termoelementer TPP-A-D-L basert på Pt1000 termistor (motstandstermoelementer) og termoelementer ТХА-А-D-L basert på XА termoelementer (elektriske termoelementer) er designet for å måle temperaturen på ulike flytende og gassformige medier, samt bulkmaterialer.

Temperaturmålingsområde:

For CCI-A-D-L: fra -50 til +150 °С;

For THA-A-D-L: fra -40 til +450 °C.

Dimensjoner:

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

L (lengde): fra 200 til 1000 mm.

2. Termoelement ТХА-А-D1/D2-LП basert på termoelement ХА (elektrisk termoelement) er designet for å måle temperaturen på en flat overflate.

Dimensjoner:

D1 (diameter på "metallstiften"): 3 mm;

D2 (basediameter - "lapp"): 8 mm;

L (lengde på "metallstift"): 150 mm.

3. Termoelement ТХА-А-D-LC basert på termoelement ХА (elektrisk termoelement) er designet for å måle temperaturen på sylindriske overflater.

Temperaturmåleområde: fra -40 til +450 °С.

Dimensjoner:

D (diameter) - 4 mm;

L (lengde på "metallstift"): 180 mm;

Tapebredde - 6 mm.

Leveringssettet til enheten for måling av tettheten til den termiske belastningen til mediet inkluderer:

1. Varmeflukstetthetsmåler (måleenhet).

2. Probe for måling av varmefluksdensitet.*

3. Temperatursonde.*

4. Programvare.**

5. Kabel for tilkobling til en personlig datamaskin. **

6. Kalibreringssertifikat.

7. Bruksanvisning og pass for enheten.

8. Pass for termoelektriske omformere (temperatursonder).

9. Pass for varmeflukstetthetssonden.

10. Nettverksadapter.

* – Måleområder og probedesign bestemmes på bestillingsstadiet

** – Varer leveres på spesialbestilling.

Klargjøring av instrumentet for drift og foreta målinger

1. Ta enheten ut av emballasjen. Hvis enheten bringes inn i et varmt rom fra et kaldt rom, er det nødvendig å la enheten varmes opp til romtemperatur i minst 2 timer.

2. Lad batteriene ved å koble strømadapteren til enheten. Ladetiden for et helt utladet batteri er minst 4 timer. For å forlenge levetiden til det oppladbare batteriet, anbefales det å lade ut helt en gang i måneden til enheten automatisk slår seg av og deretter fulladet.

3. Koble til måleenhet og målesonde med tilkoblingskabel.

4. Når du kompletterer enheten med en disk med programvare, installer den på en datamaskin. Koble enheten til en ledig COM-port på datamaskinen med passende tilkoblingskabler.

5. Slå på enheten ved å trykke kort på "Velg"-knappen.

6. Når enheten er slått på, utføres en selvtest av enheten i 5 sekunder. I nærvær av interne funksjonsfeil, signaliserer enheten på indikatoren nummeret på feilen, ledsaget av et lydsignal. Etter vellykket testing og fullføring av nedlastingen, viser indikatoren gjeldende verdi for varmeflukstettheten. Forklaring av testfeil og andre feil i driften av enheten er gitt i avsnittet 6 av denne bruksanvisningen.

7. Etter bruk, slå av enheten ved å trykke kort på "Velg"-knappen.

8. Hvis enheten skal lagres over lengre tid (mer enn 3 måneder), bør batteriene tas ut av batterirommet.

Nedenfor er et diagram over veksling i "Drift"-modus.

Klargjøring og gjennomføring av målinger under termisk testing av bygningskonvolutter.

1. Målingen av varmeflukstettheten utføres som regel fra innsiden av de omsluttende strukturene til bygninger og strukturer.

Det er tillatt å måle tettheten av varmeflukser fra utsiden av de omsluttende strukturene hvis det er umulig å måle dem fra innsiden (aggressivt miljø, svingninger i luftparametere), forutsatt at en stabil temperatur på overflaten opprettholdes. Kontrollen av varmeoverføringsforholdene utføres ved hjelp av en temperatursonde og midler for å måle varmefluksdensiteten: ved måling i 10 minutter. deres avlesninger må være innenfor målefeilen til instrumentene.

2. Overflatearealer velges spesifikke eller karakteristiske for hele den testede bygningskonvolutten, avhengig av behovet for å måle den lokale eller gjennomsnittlige varmefluksdensiteten.

3. Overflateområdene til de omsluttende strukturene, som varmeflukskonverteren er installert på, rengjøres til den synlige og følbare ruheten er eliminert.

4. Transduseren presses tett over hele overflaten til den omsluttende strukturen og festes i denne posisjonen, noe som sikrer konstant kontakt mellom varmeflukstransduseren og overflaten av de studerte områdene under alle etterfølgende målinger.

5. Under operasjonelle målinger av varmeflukstettheten limes den løse overflaten på transduseren med et lag materiale eller overmales med maling med samme eller lignende grad av emissivitet med en forskjell på Δε ≤ 0,1, som materialet til overflatelaget av den omsluttende strukturen.

6. Leseapparatet er plassert i en avstand på 5-8 m fra målestedet eller i et tilstøtende rom for å utelukke observatørens innflytelse på verdien av varmefluksen.

7. Når du bruker enheter for måling av emf, som har begrensninger på omgivelsestemperaturen, plasseres de i et rom med en lufttemperatur som er akseptabel for driften av disse enhetene, og varmefluksomformeren kobles til dem ved hjelp av forlengelsesledninger.

8. Utstyret i henhold til krav 7 er forberedt for drift i samsvar med bruksanvisningen for den tilsvarende enheten, inkludert å ta hensyn til den nødvendige eksponeringstiden til enheten for å etablere et nytt temperaturregime i den.

Forbereder og tar mål

(under laboratoriearbeid på eksemplet med laboratoriearbeidet "Undersøkelse av beskyttelsesmidler mot infrarød stråling")

Koble IR-kilden til stikkontakten. Slå på IR-strålingskilden (øvre del) og IPP-2-varmeflukstetthetsmåleren.

Installer hodet til varmeflukstetthetsmåleren i en avstand på 100 mm fra IR-strålingskilden og bestem varmefluksdensiteten (gjennomsnittsverdien av tre til fire målinger).

Flytt stativet manuelt langs linjalen, still inn målehodet i avstandene fra strålingskilden som er angitt i form av tabell 1, og gjenta målingene. Legg inn måledata i form av tabell 1.

Konstruer en graf over avhengigheten av IR-flukstettheten på avstanden.

Gjenta målingene i henhold til avsnittene. 1 - 3 med ulike beskyttelsesskjermer (varmereflekterende aluminium, varmeabsorberende stoff, metall med svertet overflate, blandet - ringbrynje). Legg inn måledataene i form av en tabell 1. Konstruer grafer over avhengigheten av IR-strålingsflukstettheten av avstanden for hver skjerm.

Tabellskjema 1

Estimer effektiviteten av den beskyttende virkningen til skjermene i henhold til formelen (3).

Installer en beskyttelsesskjerm (som anvist av læreren), plasser en bred børste av støvsugeren på den. Slå på støvsugeren i luftinntaksmodus, simuler en avtrekksventilasjonsanordning, og etter 2-3 minutter (etter at skjermens termiske regime er etablert), bestemmer du intensiteten av termisk stråling på samme avstander som i avsnitt 3. Evaluer effektiviteten til den kombinerte termiske beskyttelsen ved bruk av formelen (3).

Avhengigheten av intensiteten til termisk stråling av avstanden for en gitt skjerm i avtrekksventilasjonsmodus bør plottes på den generelle grafen (se punkt 5).

Bestem effektiviteten av beskyttelse ved å måle temperaturen for en gitt skjerm med og uten avtrekksventilasjon ved hjelp av formel (4).

Konstruer grafer over effektiviteten av beskyttelse av eksosventilasjon og uten det.

Sett støvsugeren i viftemodus og slå den på. Ved å rette luftstrømmen til overflaten av en gitt beskyttelsesskjerm (dusjmodus), gjenta målingene i samsvar med avsnittene. 7 - 10. Sammenlign måleresultatene til avsnitt. 7-10.

Fest slangen til støvsugeren på et av stativene og slå på støvsugeren i "blåser"-modus, og rett luftstrømmen nesten vinkelrett på varmestrømmen (litt mot) - en imitasjon av en luftgardin. Bruk en måler, mål temperaturen på den infrarøde strålingen uten og med "blåseren".

Konstruer grafer over "blåser"-beskyttelseseffektiviteten i henhold til formelen (4).

Måleresultater og deres tolkning

(om eksemplet med laboratoriearbeid om emnet "Forskning av beskyttelsesmidler mot infrarød stråling" ved et av de tekniske universitetene i Moskva).

Bord.
Elektropeis EXP-1,0/220.
Stativ for plassering av utskiftbare skjermer.
Stativ for montering av målehode.
Varmeflukstetthetsmåler.
Hersker.
Støvsuger Typhoon-1200.

Intensiteten (flukstettheten) til IR-stråling q bestemmes av formelen:

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

hvor S er arealet av den utstrålende overflaten, m 2 ;

T er temperaturen på den utstrålende overflaten, K;

r - avstand fra strålingskilden, m.

En av de vanligste typene beskyttelse mot IR-stråling er skjerming av emitterende overflater.

Det er tre typer skjermer:

ugjennomsiktig;

gjennomsiktig;

gjennomskinnelig.

I henhold til operasjonsprinsippet er skjermene delt inn i:

varmereflekterende;

varmeabsorberende;

varmefjernende.

Effektiviteten av beskyttelse mot termisk stråling ved hjelp av skjold E bestemmes av formlene:

E \u003d (q - q 3) / q

hvor q er flukstettheten til IR-stråling uten bruk av beskyttelse, W/m 2;

q3 - flukstetthet av IR-stråling med bruk av beskyttelse, W/m 2 .

Typer beskyttelsesskjermer (ugjennomsiktig):

1. Skjerm blandet - ringbrynje.

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

2. Metallskjerm med svertet overflate.

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

3. Varmereflekterende aluminiumsskjerm.

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

La oss plotte avhengigheten av IR-flukstettheten på avstanden for hver skjerm.

Som vi kan se, varierer effektiviteten til den beskyttende handlingen til skjermene:

1. Den minste beskyttende effekten av en blandet skjerm - ringbrynje - 0,63;

2. Aluminiumsskjerm med en svertet overflate - 0,86;

3. Den varmereflekterende aluminiumsskjermen har størst beskyttende effekt - 0,99.

Normative referanser

Ved vurdering av den termiske ytelsen til bygningsskaller og -konstruksjoner og etablering av reelt varmeforbruk gjennom eksterne bygningskonvolutter, brukes følgende hoveddokumenter:

· GOST 25380-82. En metode for å måle tettheten til varmestrømmer som passerer gjennom bygningskonvolutter.

Ved evaluering av den termiske ytelsen til forskjellige beskyttelsesmidler mot infrarød stråling, brukes følgende hoveddokumenter:

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Arbeidsområde luft. Generelle sanitære og hygieniske krav.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Midler for beskyttelse mot infrarød stråling. Klassifisering. Generelle tekniske krav.

· GOST 12.4.123-83 "System for arbeidssikkerhetsstandarder. Midler for kollektiv beskyttelse mot infrarød stråling. Generelle tekniske krav".

I. Måling av tettheten til varmestrømmer som passerer gjennom bygningsskalaen. GOST 25380-82.

Varmefluks - mengden varme som overføres gjennom en isoterm overflate per tidsenhet. Varmestrøm måles i watt eller kcal / t (1 W \u003d 0,86 kcal / t). Varmefluksen per enhet av isoterm overflate kalles varmefluksdensiteten eller varmebelastningen; vanligvis betegnet med q, målt i W / m2 eller kcal / (m2 × h). Varmeflukstettheten er en vektor, hvor enhver komponent er numerisk lik mengden varme som overføres per tidsenhet gjennom en enhetsareal vinkelrett på retningen til den tatt komponent.

Målinger av tettheten til varmeflukser som passerer gjennom bygningskonvolutten, utføres i samsvar med GOST 25380-82 "Bygninger og strukturer. Metode for å måle tettheten til varmeflukser som passerer gjennom bygningskonvolutten".

Varmeflukstettheten måles på skalaen til en spesialisert enhet, som inkluderer en varmefluksomformer, eller beregnes fra resultatene av emk-måling. på forhåndskalibrerte varmeflukstransdusere.

Opplegget for å måle varmefluksdensiteten er vist på tegningen.

1 - omsluttende struktur; 2 - varmestrømomformer; 3 - emf meter;

tv, tn - temperatur på intern og ekstern luft;

τн, τв, τ"в — temperaturen på de ytre, indre overflatene av den omsluttende strukturen, henholdsvis nær og under omformeren;

R1, R2 - termisk motstand til bygningskonvolutten og varmefluksomformeren;

q1, q2 er varmefluksdensiteten før og etter fiksering av transduseren

II. Infrarød stråling. Kilder. Beskyttelse.

Beskyttelse mot infrarød stråling på arbeidsplassen.

λmaks = 2,9-103 / T [µm] (1)

der T er den absolutte temperaturen til det utstrålende legemet, K.

Infrarød stråling er delt inn i tre områder:

kortbølge (X = 0,7 - 1,4 mikron);

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

langbølgelengde (k = 3,0 μm - 1,0 mm).

Elektriske bølger i det infrarøde området har hovedsakelig en termisk effekt på menneskekroppen. I dette tilfellet er det nødvendig å ta hensyn til: intensiteten og bølgelengden med maksimal energi; utstrålt overflateareal; varighet av eksponering per arbeidsdag og varighet av kontinuerlig eksponering; intensiteten av fysisk arbeid og luftmobilitet på arbeidsplassen; kvaliteten på kjeledresser; individuelle egenskaper til arbeideren.

Stråler av kortbølgeområdet med en bølgelengde på λ ≤ 1,4 μm har evnen til å trenge inn i vevet i menneskekroppen i flere centimeter. Slik IR-stråling trenger lett gjennom huden og hodeskallen inn i hjernevevet og kan påvirke hjerneceller og forårsake alvorlig hjerneskade, med symptomer som oppkast, svimmelhet, utvidelse av hudens blodårer, blodtrykksfall og nedsatt blodsirkulasjon. og pust, kramper, noen ganger tap av bevissthet. Ved bestråling med kortbølgede infrarøde stråler observeres også en økning i temperaturen i lungene, nyrene, muskler og andre organer. Spesifikke biologisk aktive stoffer vises i blodet, lymfen, cerebrospinalvæsken, metabolske forstyrrelser observeres, og den funksjonelle tilstanden til sentralnervesystemet endres.

Strålene i mellombølgeområdet med en bølgelengde på λ = 1,4 - 3,0 mikron holdes tilbake i overflatelagene av huden i en dybde på 0,1 - 0,2 mm. Derfor manifesteres deres fysiologiske effekt på kroppen hovedsakelig i en økning i hudtemperatur og oppvarming av kroppen.

Den mest intense oppvarmingen av den menneskelige hudoverflaten skjer med IR-stråling med λ > 3 µm. Under dens påvirkning blir aktiviteten til kardiovaskulære og respiratoriske systemer, så vel som den termiske balansen i kroppen, forstyrret, noe som kan føre til heteslag.

Intensiteten til termisk stråling reguleres basert på den subjektive følelsen av strålingsenergien av en person. I følge GOST 12.1.005-88 bør intensiteten av termisk eksponering av arbeidere fra oppvarmede overflater av teknologisk utstyr og belysningsarmaturer ikke overstige: 35 W / m2 med eksponering for mer enn 50% av kroppsoverflaten; 70 W/m2 når den utsettes for 25 til 50 % av kroppsoverflaten; 100 W/m2 ved bestråling av ikke mer enn 25 % av kroppsoverflaten. Fra åpne kilder (oppvarmet metall og glass, åpen flamme) bør intensiteten av termisk eksponering ikke overstige 140 W / m2 med eksponering på ikke mer enn 25 % av kroppsoverflaten og obligatorisk bruk av personlig verneutstyr, inkludert ansiktsbeskyttelse og øye.

Standardene begrenser også temperaturen på de oppvarmede overflatene på utstyret i arbeidsområdet, som ikke bør overstige 45 °C.

Overflatetemperaturen på utstyret, der temperaturen er nær 100 0C, bør ikke overstige 35 0C.

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

De viktigste typene beskyttelse mot infrarød stråling inkluderer:

1. tidsbeskyttelse;

2. avstandsbeskyttelse;

3. skjerming, termisk isolasjon eller kjøling av varme overflater;

4. økning i varmeoverføring av menneskekroppen;

5. personlig verneutstyr;

6. eliminering av varmekilde.

Tidsbeskyttelse sørger for å begrense tiden som brukes av strålingen som opererer i strålingsområdet. Den sikre tiden for en persons opphold i virkesonen for IR-stråling avhenger av dens intensitet (flukstetthet) og bestemmes i henhold til tabell 1.

Tabell 1

Tidspunkt for trygt opphold for personer i IR-strålingssonen

Sikkerhetsavstanden bestemmes av formel (2) avhengig av varigheten av oppholdet i arbeidsområdet og den tillatte tettheten av IR-stråling.

Kraften til IR-stråling kan reduseres ved design og teknologiske løsninger (erstatning av modus og metode for oppvarming av produkter, etc.), samt ved å belegge varmeoverflatene med varmeisolerende materialer.

Det er tre typer skjermer:

ugjennomsiktig;

· gjennomsiktig;

gjennomskinnelig.

I ugjennomsiktige skjermer blir energien til elektromagnetiske oscillasjoner, som samhandler med stoffet på skjermen, til varme. I dette tilfellet varmes skjermen opp og blir, som enhver oppvarmet kropp, en kilde til termisk stråling. Stråling fra skjermoverflaten motsatt kilden betraktes betinget som overført stråling fra kilden. Ugjennomsiktige skjermer inkluderer: metall, alfa (fra aluminiumsfolie), porøs (skumbetong, skumglass, utvidet leire, pimpstein), asbest og andre.

I gjennomsiktige skjermer forplanter stråling seg inne i dem i henhold til lovene til geometrisk optikk, som sikrer synlighet gjennom skjermen. Disse skjermene er laget av forskjellige typer glass, filmvanngardiner (fritt og flytende nedover glasset) brukes også.

Gjennomsiktige skjermer kombinerer egenskapene til transparente og ikke-gjennomsiktige skjermer. Disse inkluderer metallnett, kjedegardiner, glassskjermer forsterket med metallnett.

· varmereflekterende;

· varmeabsorberende;

varmeavledende.

Denne inndelingen er ganske vilkårlig, siden hver skjerm har evnen til å reflektere, absorbere og fjerne varme. Tilordningen av skjermen til en eller annen gruppe bestemmes av hvilken av dens evner som er mer uttalt.

Varmereflekterende skjermer har en lav grad av overflatesorthet, som et resultat av at de reflekterer en betydelig del av strålingsenergien som faller inn på dem i motsatt retning. Alfol, platealuminium, galvanisert stål brukes som varmereflekterende materialer.

Varmeabsorberende skjermer kalles skjermer laget av materialer med høy termisk motstand (lav varmeledningsevne). Ildfaste og varmeisolerende murstein, asbest og slaggull brukes som varmeabsorberende materialer.

Som varmefjernende skjermer er vanngardiner mest brukt, fritt fallende i form av en film, eller vanning av en annen skjermingsoverflate (for eksempel metall), eller innelukket i et spesielt kabinett laget av glass eller metall.

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

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

q3 er flukstettheten til IR-stråling med bruk av beskyttelse, W/m2;

t er temperaturen på IR-stråling uten bruk av beskyttelse, °С;

t3 er temperaturen på IR-stråling med bruk av beskyttelse, °С.

Strømmen av luft rettet direkte mot arbeideren gjør det mulig å øke fjerningen av varme fra kroppen til miljøet. Valget av luftstrømshastighet avhenger av alvorlighetsgraden av arbeidet som utføres og intensiteten av den infrarøde strålingen, men den bør ikke overstige 5 m / s, siden arbeideren i dette tilfellet opplever ubehag (for eksempel tinnitus). Effektiviteten til luftdusjer øker når luften som sendes til arbeidsplassen avkjøles eller når finsprøytet vann blandes inn i den (vann-luftdusj).

Som personlig verneutstyr brukes overaller laget av bomull og ullstoffer, stoffer med metallbelegg (som reflekterer opptil 90 % av IR-stråling). Vernebriller, skjold med spesielle briller er designet for å beskytte øynene - lysfiltre av gulgrønn eller blå farge.

Terapeutiske og forebyggende tiltak sørger for organisering av et rasjonelt regime for arbeid og hvile. Varigheten av pauser i arbeidet og deres frekvens bestemmes av intensiteten av IR-stråling og alvorlighetsgraden av arbeidet. Sammen med periodiske kontroller gjennomføres det medisinske undersøkelser for å forebygge yrkessykdommer.

III. Instrumenter som brukes.

For å måle tettheten av varmestrømmer som passerer gjennom bygningskonvolutter og for å sjekke egenskapene til varmeskjold, utviklet spesialistene våre enheter i serien.

Bruksområde:

Enheter i IPP-2-serien er mye brukt i konstruksjon, vitenskapelige organisasjoner, ved ulike energianlegg og i mange andre bransjer.

Målingen av varmeflukstettheten, som en indikator på de termiske isolasjonsegenskapene til forskjellige materialer, utføres ved bruk av enheter i IPP-2-serien på:

Testing av omsluttende strukturer;

Bestemmelse av varmetap i vannvarmenett;

Utføre laboratoriearbeid ved universiteter (avdelinger "Livssikkerhet", "Industriell økologi", etc.).

Figuren viser et prototypestativ "Bestemme parametrene til luften i arbeidsområdet og beskyttelse mot termiske effekter" BZhZ 3 (produsert av Intos + LLC).

Stativet inneholder en kilde til termisk stråling i form av en husholdningsreflektor, foran hvilken et varmeskjold laget av forskjellige materialer (stoff, metallplate, et sett med kjeder, etc.) er installert. Bak skjermen i ulike avstander fra den inne i rommodellen er IPP-2-enheten plassert, som måler varmeflukstettheten. En avtrekkshette med vifte er plassert over rommodellen. Måleapparat IPP-2 har en ekstra sensor som lar deg måle lufttemperaturen inne i rommet. Dermed gjør stativet BZhZ 3 det mulig å kvantifisere effektiviteten til ulike typer termisk beskyttelse og et lokalt ventilasjonssystem.

Stativet gjør det mulig å måle intensiteten av termisk stråling avhengig av avstanden til kilden, for å bestemme effektiviteten til de beskyttende egenskapene til skjermer laget av forskjellige materialer.

IV. Prinsippet for drift og design av IPP-2-enheten.

Strukturelt er enhetens måleenhet laget i en plastkasse.

Prinsippet for drift av enheten er basert på å måle temperaturforskjellen på "hjelpeveggen". Størrelsen på temperaturforskjellen er proporsjonal med varmefluksdensiteten. Temperaturforskjellen måles ved hjelp av et tape termoelement plassert inne i sondeplaten, som fungerer som en "hjelpevegg".

I driftsmodus utfører enheten en syklisk måling av den valgte parameteren. Det gjøres en overgang mellom modusene for å måle varmefluksdensiteten og temperaturen, samt angi batteriladingen i prosenter på 0 % ... 100 %. Når du bytter mellom moduser, vises den tilsvarende inskripsjonen til den valgte modusen på indikatoren. Enheten kan også utføre periodisk automatisk registrering av målte verdier i ikke-flyktig minne med referanse til tid. Aktivering/deaktivering av registrering av statistikk, innstilling av registreringsparametere, lesing av akkumulerte data utføres ved hjelp av programvaren levert etter bestilling.

Egenskaper:

Mulighet for å sette terskler for lyd- og lysalarm. Terskler er øvre eller nedre grenser for den tillatte endringen i den tilsvarende verdien. Hvis den øvre eller nedre terskelverdien brytes, oppdager enheten denne hendelsen og LED-en lyser på indikatoren. Hvis enheten er riktig konfigurert, er brudd på terskelverdiene ledsaget av et lydsignal.

· Overføring av målte verdier til datamaskinen på RS 232-grensesnittet.

Modifikasjoner av sonder for måling av varmeflukstetthet:

Varmefluksprober er designet for å måle overflatevarmeflukstettheten i henhold til GOST 25380-92.

Utseende av varmestrømsonder

1. PTP-ХХХП varmefluksprobe av trykktype med fjær er tilgjengelig i følgende modifikasjoner (avhengig av rekkevidden for måling av varmeflukstetthet):

— PTP-2.0P: fra 10 til 2000 W/m2;

— PTP-9.9P: fra 10 til 9999 W/m2.

2. Varmestrømsonde i form av en "mynt" på en fleksibel kabel PTP-2.0.

Måleområde for varmeflukstetthet: fra 10 til 2000 W/m2.

Modifikasjoner av temperatursonde:

Utseende av temperatursonder

Temperaturmålingsområde:

- for handels- og industrikammer-A-D-L: fra -50 til +150 °С;

- for ТХА-А-D-L: fra -40 til +450 °С.

Dimensjoner:

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

- L (lengde): fra 200 til 1000 mm.

2. Termoelement ТХА-А-D1/D2-LП basert på XА termoelement (elektrisk termoelement) er designet for å måle temperaturen på en flat overflate.

Dimensjoner:

- D1 (diameter på "metallstiften"): 3 mm;

- D2 (basediameter - "lapp"): 8 mm;

- L (lengde på "metallstiften"): 150 mm.

3. Termoelement ТХА-А-D-LC basert på termoelement ХА (elektrisk termoelement) er designet for å måle temperaturen på sylindriske overflater.

Temperaturmåleområde: fra -40 til +450 °С.

Dimensjoner:

- D (diameter) - 4 mm;

- L (lengde på "metallstiften"): 180 mm;

- tapebredde - 6 mm.

Leveringssettet til enheten for måling av tettheten til den termiske belastningen til mediet inkluderer:

2. Probe for måling av varmefluksdensitet.*

3. Temperatursonde.*

4. Programvare.**

5. Kabel for tilkobling til en personlig datamaskin. **

6. Kalibreringssertifikat.

7. Bruksanvisning og pass for IPP-2-enheten.

8. Pass for termoelektriske omformere (temperatursonder).

9. Pass for varmeflukstetthetssonden.

10. Nettverksadapter.

* - Måleområder og probedesign bestemmes på bestillingsstadiet

** - Stillinger leveres etter spesialbestilling.

V. Klargjøring av enheten for drift og foreta målinger.

Forberede enheten for arbeid.

Ta enheten ut av emballasjen. Hvis enheten bringes inn i et varmt rom fra et kaldt rom, er det nødvendig å la enheten varmes opp til romtemperatur i 2 timer. Lad batteriet helt opp innen fire timer. Plasser sonden på stedet der målingene skal foretas. Koble sonden til instrumentet. Hvis enheten skal brukes i kombinasjon med en personlig datamaskin, er det nødvendig å koble enheten til en ledig COM-port på datamaskinen ved hjelp av en tilkoblingskabel. Koble nettverksadapteren til enheten og installer programvaren i henhold til beskrivelsen. Slå på enheten ved å trykke kort på knappen. Juster om nødvendig enheten i samsvar med avsnitt 2.4.6. Driftsmanualer. Når du arbeider med en personlig datamaskin, still inn nettverksadressen og vekselkursen til enheten i samsvar med avsnitt 2.4.8. Driftsmanualer. Begynn å måle.

Nedenfor er et diagram over veksling i "Arbeid"-modus.

Klargjøring og gjennomføring av målinger under termisk testing av bygningskonvolutter.

1. Målingen av varmeflukstettheten utføres som regel fra innsiden av de omsluttende strukturene til bygninger og strukturer.

Det er tillatt å måle tettheten av varmeflukser fra utsiden av de omsluttende strukturene hvis det er umulig å måle dem fra innsiden (aggressivt miljø, svingninger i luftparametere), forutsatt at en stabil temperatur på overflaten opprettholdes. Kontrollen av varmeoverføringsforholdene utføres ved hjelp av en temperatursonde og midler for å måle varmefluksdensiteten: ved måling i 10 minutter. deres avlesninger må være innenfor målefeilen til instrumentene.

2. Overflatearealer velges spesifikke eller karakteristiske for hele den testede bygningskonvolutten, avhengig av behovet for å måle den lokale eller gjennomsnittlige varmefluksdensiteten.

3. Overflateområdene til de omsluttende strukturene, som varmeflukskonverteren er installert på, rengjøres til den synlige og følbare ruheten er eliminert.

5. Under operasjonelle målinger av varmeflukstettheten limes den løse overflaten på transduseren med et lag materiale eller overmales med maling med samme eller lignende grad av emissivitet med en forskjell på 0,1 som overflatens materiale. laget av den omsluttende strukturen.

6. Leseapparatet er plassert i en avstand på 5-8 m fra målestedet eller i et tilstøtende rom for å utelukke observatørens innflytelse på verdien av varmefluksen.

Forbereder og tar mål

(under laboratoriearbeid på eksemplet med laboratoriearbeid "Forskning av beskyttelsesmidler mot infrarød stråling").

Koble IR-kilden til stikkontakten. Slå på kilden til IR-stråling (øvre del) og IPP-2-varmeflukstetthetsmåleren.

Installer hodet til varmeflukstetthetsmåleren i en avstand på 100 mm fra IR-strålingskilden og bestem varmefluksdensiteten (gjennomsnittlig verdi på tre til fire målinger).

Flytt stativet manuelt langs linjalen, still inn målehodet i avstandene fra strålingskilden som er angitt i form av tabell 1, og gjenta målingene. Legg inn måledata i form av tabell 1.

Konstruer en graf over avhengigheten av IR-flukstettheten på avstanden.

Gjenta målingene i henhold til avsnittene. 1 — 3 med forskjellige Data for målinger som skal legges inn i form av tabell 1. Konstruer grafer over avhengigheten av flukstettheten til IR-stråling av avstanden for hver skjerm.

Tabellskjema 1

Vurder effektiviteten av den beskyttende virkningen til skjermene i henhold til formelen (3).

Avhengigheten av intensiteten til termisk stråling av avstanden for en gitt skjerm i avtrekksventilasjonsmodus bør plottes på den generelle grafen (se punkt 5).

Bestem effektiviteten av beskyttelse ved å måle temperaturen for en gitt skjerm med og uten avtrekksventilasjon ved hjelp av formel (4).

Konstruer grafer over effektiviteten av beskyttelsen av eksosventilasjon og uten det.

Fest slangen til støvsugeren på et av stativene og slå på støvsugeren i "blåser"-modus, og rett luftstrømmen nesten vinkelrett på varmestrømmen (litt mot) - en imitasjon av en luftgardin. Bruk IPP-2-måleren, mål temperaturen på den infrarøde strålingen uten og med "blåseren".

Konstruer grafer over "blåser"-beskyttelseseffektiviteten i henhold til formelen (4).

VI. Måleresultater og deres tolkning

(om eksemplet med laboratoriearbeid om emnet "Forskning av beskyttelsesmidler mot infrarød stråling" ved et av de tekniske universitetene i Moskva).

Bord. Elektropeis EXP-1,0/220. Stativ for plassering av utskiftbare skjermer. Stativ for montering av målehode. Varmeflukstetthetsmåler IPP-2M. Hersker. Støvsuger Typhoon-1200.

Intensiteten (flukstettheten) til IR-stråling q bestemmes av formelen:

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

hvor S er arealet av den utstrålende overflaten, m2;

T er temperaturen på den utstrålende overflaten, K;

r er avstanden fra strålingskilden, m.

En av de vanligste typene beskyttelse mot IR-stråling er skjerming av emitterende overflater.

Det er tre typer skjermer:

ugjennomsiktig;

· gjennomsiktig;

gjennomskinnelig.

I henhold til operasjonsprinsippet er skjermene delt inn i:

· varmereflekterende;

· varmeabsorberende;

varmeavledende.

Tabell 1

Effektiviteten av beskyttelse mot termisk stråling ved hjelp av skjermer E bestemmes av formlene:

E \u003d (q - q3) / q

hvor q er IR-strålingsflukstettheten uten beskyttelse, W/m2;

q3 er tettheten til IR-strålingsfluksen med bruk av beskyttelse, W/m2.

Typer beskyttelsesskjermer (ugjennomsiktig):

1. Skjerm blandet - ringbrynje.

E-post = (1550 - 560) / 1550 = 0,63

2. Metallskjerm med svertet overflate.

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

3. Varmereflekterende aluminiumsskjerm.

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

La oss plotte avhengigheten av IR-flukstettheten på avstanden for hver skjerm.

Ingen beskyttelse

Som vi kan se, varierer effektiviteten til den beskyttende handlingen til skjermene:

1. Den minste beskyttende effekten av en blandet skjerm - ringbrynje - 0,63;

2. Aluminiumsskjerm med en svertet overflate - 0,86;

3. Den varmereflekterende aluminiumsskjermen har størst beskyttende effekt - 0,99.

Ved vurdering av den termiske ytelsen til bygningsskaller og -konstruksjoner og etablering av reelt varmeforbruk gjennom eksterne bygningskonvolutter, brukes følgende hoveddokumenter:

· GOST 25380-82. En metode for å måle tettheten til varmestrømmer som passerer gjennom bygningskonvolutter.

Ved evaluering av den termiske ytelsen til forskjellige beskyttelsesmidler mot infrarød stråling, brukes følgende hoveddokumenter:

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Arbeidsområde luft. Generelle sanitære og hygieniske krav.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Midler for beskyttelse mot infrarød stråling. Klassifisering. Generelle tekniske krav.

· GOST 12.4.123-83 "System for arbeidssikkerhetsstandarder. Midler for kollektiv beskyttelse mot infrarød stråling. Generelle tekniske krav".

Mengden varme som passerer gjennom en gitt overflate per tidsenhet kalles varmefluks Q, W .

Mengden varme per arealenhet per tidsenhet kalles varmeflukstetthet eller spesifikk varmefluks og karakteriserer intensiteten av varmeoverføring.

Varmeflukstetthet q, er rettet langs normalen til den isotermiske overflaten i retning motsatt av temperaturgradienten, dvs. i retning av synkende temperatur.

Hvis fordelingen er kjent q på overflaten F, deretter den totale mengden varme Qτ passerte gjennom denne overflaten i løpet av tiden τ , kan finnes i henhold til ligningen:

og varmefluksen:

Hvis verdien q er konstant over den betraktede overflaten, da:

Fourierloven

Denne loven angir mengden varmestrøm ved overføring av varme gjennom varmeledning. Den franske vitenskapsmannen J.B. Fourier i 1807 slo han fast at tettheten til varmefluksen gjennom en isoterm overflate er proporsjonal med temperaturgradienten:

Minustegnet i (9.6) indikerer at varmefluksen er rettet i motsatt retning av temperaturgradienten (se fig. 9.1.).

Varmeflukstetthet i en vilkårlig retning l representerer projeksjonen på denne retningen av varmefluksen i retning av normalen:

Koeffisient for varmeledningsevne

Koeffisient λ , W/(m·K), i Fourierlovens ligning er numerisk lik varmeflukstettheten når temperaturen synker med én Kelvin (grad) per lengdeenhet. Den termiske konduktivitetskoeffisienten til forskjellige stoffer avhenger av deres fysiske egenskaper. For en viss kropp avhenger verdien av den termiske konduktivitetskoeffisienten av kroppens struktur, dens volumetriske vekt, fuktighet, kjemisk sammensetning, trykk, temperatur. I tekniske beregninger, verdien λ hentet fra referansetabeller, og det er nødvendig å sikre at forholdene som verdien av varmeledningskoeffisienten er gitt for i tabellen samsvarer med betingelsene for det beregnede problemet.

Koeffisienten for varmeledningsevne avhenger spesielt sterkt av temperaturen. For de fleste materialer, som erfaring viser, kan denne avhengigheten uttrykkes med en lineær formel:

hvor λ o - koeffisient for varmeledningsevne ved 0 °C;

β - temperaturkoeffisient.

Termisk konduktivitetskoeffisient for gasser, og spesielt damper er sterkt avhengig av trykk. Den numeriske verdien av den termiske konduktivitetskoeffisienten for forskjellige stoffer varierer over et veldig bredt område - fra 425 W / (m K) for sølv, til verdier i størrelsesorden 0,01 W / (m K) for gasser. Dette forklares av det faktum at mekanismen for varmeoverføring ved termisk ledning i forskjellige fysiske medier er forskjellig.

Metaller har den høyeste varmeledningsevnen. Den termiske ledningsevnen til metaller avtar med økende temperatur og avtar kraftig i nærvær av urenheter og legeringselementer. Så den termiske ledningsevnen til rent kobber er 390 W / (m K), og kobber med spor av arsen er 140 W / (m K). Den termiske ledningsevnen til rent jern er 70 W / (m K), stål med 0,5% karbon - 50 W / (m K), legert stål med 18% krom og 9% nikkel - kun 16 W / (m K).

Avhengigheten av varmeledningsevnen til enkelte metaller av temperaturen er vist i fig. 9.2.

Gasser har lav varmeledningsevne (i størrelsesorden 0,01...1 W/(m K)), som øker kraftig med økende temperatur.

Den termiske ledningsevnen til væsker forringes med økende temperatur. Unntaket er vann og glyserol. Generelt er den termiske konduktivitetskoeffisienten for å slippe væsker (vann, olje, glyserin) høyere enn for gasser, men lavere enn for faste stoffer og varierer fra 0,1 til 0,7 W/(m K).

Ris. 9.2. Effekten av temperatur på den termiske ledningsevnen til metaller

1 Grunnleggende begreper og definisjoner - temperaturfelt, gradient, varmefluks, varmeflukstetthet (q, Q), Fourierloven.

temperaturfelt– et sett med temperaturverdier på alle punkter i det studerte rommet for hvert øyeblikk..gif" width="131" height="32 src=">

Mengden varme, W, som passerer per tidsenhet gjennom en isoterm overflate av området F kalles varmebølge og bestemmes ut fra uttrykket: https://pandia.ru/text/78/654/images/image004_12.gif" width="15" height="32">, W/m2, kalles varmeflukstetthet: .

Sammenhengen mellom mengden varme dQ, J, som i løpet av tiden dt passerer gjennom elementærområdet dF, plassert på en isoterm overflate, og temperaturgradienten dt/dn er etablert av Fourierloven: .

2. Ligning av varmeledning, unikhetsforhold.

Differensialligningen for varmeledning er utledet med følgende forutsetninger:

Kroppen er homogen og isotropisk;

De fysiske parameterne er konstante;

Deformasjonen av det betraktede volumet, assosiert med en endring i temperaturen, er svært liten sammenlignet med selve volumet;

Interne varmekilder i kroppen, som i det generelle tilfellet kan gis som , er jevnt fordelt.

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

Differensialligningen for varmeledning etablerer et forhold mellom tidsmessige og romlige endringer i temperatur på et hvilket som helst punkt i kroppen der prosessen med varmeledning finner sted.

Hvis vi tar den termofysiske egenskapskonstanten, som ble antatt ved utledning av ligningen, så tar difur formen: https://pandia.ru/text/78/654/images/image011_4.gif" width="51" height=" 44"> - koeffisient termisk diffusivitet.

og , hvor er Laplace-operatøren i det kartesiske koordinatsystemet.

Deretter .

Unikitetsbetingelser eller grensebetingelser inkluderer:

geometriske termer,

3. Varmeledningsevne i vegg (grenseforhold av 1. slag).

Termisk ledningsevne til en enkeltlags vegg.

Tenk på en homogen flat vegg med tykkelse d. Temperaturer tc1 og tc2 som er konstante i tid opprettholdes på veggens ytre overflater. Den termiske ledningsevnen til veggmaterialet er konstant og lik l.

I stasjonær modus endres i tillegg temperaturen bare i retningen vinkelrett på stabelens plan (akse 0x): ..gif" width="129" height="47">

La oss bestemme varmeflukstettheten gjennom en flat vegg. I samsvar med Fourier-loven, med hensyn til likhet (*), kan vi skrive: .

Derfor (**).

Temperaturforskjellen i ligningen (**) kalles temperaturforskjell. Det kan sees fra denne ligningen at varmefluksdensiteten q varierer i direkte proporsjon med varmeledningsevnen l og temperaturforskjell Dt og omvendt proporsjonal med veggtykkelsen d.

Forholdet kalles veggens termiske ledningsevne, og dets gjensidige er https://pandia.ru/text/78/654/images/image023_1.gif" width="213" height="25">.

Den termiske ledningsevnen l bør tas ved gjennomsnittlig veggtemperatur.

Termisk ledningsevne til en flerlags vegg.

For hvert lag: ; ; https://pandia.ru/text/78/654/images/image027_1.gif" width="433" height="87 src=">

For å sammenligne de varmeledende egenskapene til en flerlags flat vegg med egenskapene til homogene materialer, introduseres konseptet ekvivalent varmeledningsevne. Dette er den termiske ledningsevnen til en enkeltlags vegg, hvis tykkelse er lik tykkelsen på flerlagsveggen som vurderes, dvs. gif" width="331" height="52">

Derfor har vi:

4. Varmeoverføring gjennom en flat vegg (grenseforhold av 3. slag).

Overføringen av varme fra et bevegelig medium (væske eller gass) til et annet gjennom en solid vegg av hvilken som helst form som skiller dem kalles varmeoverføring. Funksjonene til prosessen ved veggens grenser under varmeoverføring er preget av grenseforhold av den tredje typen, som er satt av verdiene til væsketemperaturen på den ene og den andre siden av veggen, samt tilsvarende verdier for varmeoverføringskoeffisientene.

Tenk på en stasjonær prosess med varmeoverføring gjennom en uendelig homogen flat vegg med tykkelse d. Termisk ledningsevne til veggen l, omgivelsestemperaturer tl1 og tl2, varmeoverføringskoeffisienter a1 og a2 er gitt. Det er nødvendig å finne varmefluksen fra den varme væsken til den kalde og temperaturene på veggflatene tc1 og tc2. Varmeflukstettheten fra det varme mediet til veggen bestemmes av ligningen: . Den samme varmestrømmen overføres ved varmeledning gjennom en solid vegg: og fra den andre veggflaten til det kalde miljøet: DIV_ADBLOCK119">

Deretter https://pandia.ru/text/78/654/images/image035_0.gif" width="128" height="75 src="> - varmeoverføringskoeffisient, den numeriske verdien k uttrykker mengden varme som passerer gjennom enheten til veggflaten per tidsenhet pr temperaturforskjellen mellom det varme og kalde mediet er 1K og har samme måleenhet som varmeoverføringskoeffisienten, J / (s * m2K) eller W / (m2K).

Den resiproke av varmeoverføringskoeffisienten kalles termisk motstand mot varmeoverføring:.

https://pandia.ru/text/78/654/images/image038_0.gif" width="37" height="25"> termisk motstand av termisk ledningsevne.

For sandwichvegg .

Varmeflukstetthet gjennom en flerlags vegg: .

Varmestrømmen Q, W, som går gjennom en flat vegg med overflate F, er lik: .

Temperaturen ved grensen til alle to lag under grenseforhold av den tredje typen kan bestemmes av ligningen . Du kan også bestemme temperaturen grafisk.

5. Varmeledningsevne i en sylindrisk vegg (grenseforhold av 1. slag).

La oss vurdere en stasjonær prosess med varmeledning gjennom en homogen sylindrisk vegg (rør) med lengde l med en indre radius r1 og en ytre radius r2. Den termiske ledningsevnen til veggmaterialet l er en konstant verdi. Konstante temperaturer tc1 og tc2 stilles inn på veggoverflaten.

I tilfellet (l>>r) vil de isotermiske overflatene være sylindriske, og temperaturfeltet vil være endimensjonalt. Det vil si t=f(r), hvor r er den nåværende koordinaten til det sylindriske systemet, r1£r£r2..gif" width="113" height="48">.

Innføringen av en ny variabel lar oss bringe ligningen til formen: https://pandia.ru/text/78/654/images/image047.gif" width="107" height="25">, vi har :

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

Sett inn verdiene til C1 og C2 i ligningen , vi får:

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

Dette uttrykket er ligningen til en logaritmisk kurve. Følgelig, inne i en homogen sylindrisk vegg ved en konstant verdi av termisk ledningsevne, endres temperaturen i henhold til en logaritmisk lov.

For å finne mengden varme som passerer gjennom en sylindrisk veggoverflate F per tidsenhet, kan du bruke Fourierloven:

Sett inn i ligningen til Fourierloven verdien av temperaturgradienten i henhold til ligningen vi får: (*) ® Q-verdien avhenger ikke av veggtykkelsen, men av forholdet mellom dens ytre diameter og den indre.

Hvis du refererer til varmefluksen per lengdeenhet til den sylindriske veggen, kan ligningen (*) skrives som https://pandia.ru/text/78/654/images/image056.gif" width="67" høyde ="52 src="> er den termiske motstanden til den termiske ledningsevnen til den sylindriske veggen.

For en flerlags sylindrisk vegg https://pandia.ru/text/78/654/images/image058.gif" width="225" height="57 src=">.

6. Varmeoverføring gjennom en sylindrisk vegg (grenseforhold av 3. slag).

La oss vurdere en jevn sylindrisk vegg av stor lengde med en indre diameter d1, en ytre diameter d2 og en konstant termisk ledningsevne. Temperaturverdiene for det varme tl1 og det kalde tl2 mediet og varmeoverføringskoeffisientene a1 og a2 er gitt. for stasjonær modus kan vi skrive:

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

hvor - lineær varmeoverføringskoeffisient, karakteriserer intensiteten av varmeoverføring fra en væske til en annen gjennom veggen som skiller dem; numerisk lik mengden varme som passerer fra et medium til et annet gjennom veggen til et rør som er 1 m langt per tidsenhet med en temperaturforskjell mellom dem på 1 K.

Den resiproke av den lineære varmeoverføringskoeffisienten kalles lineær termisk motstand mot varmeoverføring.

For en flerlagsvegg er den lineære termiske motstanden mot varmeoverføring summen av de lineære termiske motstandene mot varmeoverføring og summen av de lineære termiske motstandene til lagenes varmeledningsevne.

Temperaturer ved grensen mellom lag: 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=">

hvor – varmeoverføringskoeffisient for kulevegg.

Den resiproke av varmeoverføringskoeffisienten til den sfæriske veggen kalles termisk motstand mot varmeoverføring av den sfæriske veggen.

Grenseforholdjeg snill.

La det være en kule med indre og ytre overflateradier r1 og r2, konstant varmeledningsevne, og gitt jevnt fordelte overflatetemperaturer tc1 og tc2.

Under disse forholdene avhenger temperaturen kun av radius r. I henhold til Fourierloven er varmestrømmen gjennom den sfæriske veggen lik: .

Integrasjon av ligningen gir følgende temperaturfordeling i det sfæriske laget:

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

Derfor , d - veggtykkelse.

Temperaturfordeling: ® ved konstant termisk ledningsevne endres temperaturen i den sfæriske veggen i henhold til den hyperbolske loven.

8. Termisk motstand.

Enkeltlags flat vegg:

Grensebetingelser av 1. slag

Forholdet kalles veggens varmeledningsevne, og dets gjensidige er https://pandia.ru/text/78/654/images/image036_0.gif" width="349" height="55">.

Enkeltlags sylindrisk vegg:

Grensebetingelser av 1. slag

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

Grensebetingelser av 3. slag

Lineær termisk motstand mot varmeoverføring: https://pandia.ru/text/78/654/images/image078.gif" width="249" height="53"> (flerlagsvegg)

9. Kritisk isolasjonsdiameter.

La oss vurdere tilfellet når røret er dekket med en enkeltlags termisk isolasjon med en ytre diameter d3. forutsatt gitte og konstante varmeoverføringskoeffisienter a1 og a2, temperaturer på både væsker tl1 og tl2, termisk ledningsevne til røret l1 og isolasjon l2.

I følge ligningen , uttrykket for den lineære termiske motstanden mot varmeoverføring gjennom en to-lags sylindrisk vegg har formen: https://pandia.ru/text/78/654/images/image080.gif" width="72" height=" 52 src="> vil øke, og begrepet avtar. Med andre ord innebærer en økning i den ytre diameteren på isolasjonen en økning i termisk motstand mot termisk ledningsevne til isolasjonen og en reduksjon i termisk motstand mot varmeoverføring på dens ytre overflate. Det siste skyldes en økning i arealet av den ytre overflaten.

Funksjon ekstremum Rl – – kritisk diameter betegnet som dcr. Fungerer som en indikator på materialets egnethet for bruk som termisk isolasjon for et rør med en gitt ytre diameter d2 ved en gitt varmeoverføringskoeffisient a2.

10. Valg av termisk isolasjon i henhold til kritisk diameter.

Se spørsmål 9. Diameteren på isolasjonen skal overstige isolasjonens kritiske diameter.

11. Varmeoverføring gjennom en ribbevegg. Finnefaktor.

Tenk på en ribbevegg med tykkelse d og varmeledningsevne l. På den glatte siden er overflatearealet F1, og på den ribbede siden, F2. temperaturene tl1 og tl2 konstant i tid, samt varmeoverføringskoeffisientene a1 og a2, settes.

La oss betegne temperaturen på en glatt overflate som tc1. La oss anta at temperaturen på overflatene til finnene og selve veggen er de samme og lik tc2. En slik antakelse stemmer generelt sett ikke med virkeligheten, men den forenkler beregninger og brukes ofte.

Når tl1 > tl2, kan følgende uttrykk skrives for varmefluksen Q:

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

hvor – varmeoverføringskoeffisient for ribbevegg.

Når vi beregner varmeflukstettheten per enhet av den ikke-ribbede veggoverflaten, får vi: . k1 er varmeoverføringskoeffisienten relatert til den ikke-finnede veggoverflaten.

Forholdet mellom arealet av den ribbede overflaten og arealet av den glatte overflaten F2/F1 kalles finne faktor.

12. Ikke-stasjonær varmeledningsevne. Veiledende punkt. Den fysiske betydningen av Bi, Fo.

Ikke-stasjonær termisk ledningsevne er en prosess der temperaturen på et gitt punkt av et fast stoff endres over tid, og settet med indikerte temperaturer danner et ikke-stasjonært temperaturfelt, hvis bestemmelse er hovedoppgaven til ikke-stasjonær termisk ledningsevne. Transiente varmeledningsprosesser er av stor betydning for oppvarming, ventilasjon, klimaanlegg, varmeforsyning og varmegenererende installasjoner. Innkapslinger av bygninger opplever tidsvarierende termiske effekter både fra siden av uteluften og fra siden av rommet; dermed utføres prosessen med ikke-stasjonær varmeledning i rekkevidden av bygningskonvolutten. Problemet med å finne et tredimensjonalt temperaturfelt kan formuleres i samsvar med prinsippene skissert i avsnittet "matematisk formulering av varmeoverføringsproblemer". Formuleringen av problemet inkluderer varmeledningsligningen: , hvor er den termiske diffusiviteten m2/s, samt unikhetsforholdene som gjør det mulig å skille ut en enkelt løsning fra settet med løsninger av ligningen som er forskjellige i verdien av de integrerende konstantene.

Unikitetsbetingelsene inkluderer start- og randbetingelser. Startbetingelsene setter verdiene til den ønskede funksjonen t i det første øyeblikket over hele regionen D. Som regionen D der det er nødvendig å finne temperaturfeltet, vil vi vurdere et rektangulært parallellepiped med dimensjonene 2d, 2ly, 2lz, for eksempel et element i en bygningskonstruksjon. Deretter kan startbetingelsene skrives som: for t =0 og - d£x£d; - ly£y£ly; -lz£z£lz vi har t = t(x, y, z, 0) = t0(x, y, z). Det kan sees fra denne notasjonen at opprinnelsen til det kartesiske koordinatsystemet er lokalisert i sentrum av symmetrien til parallellepipedet.

Vi formulerer grensebetingelsene i form av grensebetingelser av det tredje slaget, som man ofte møter i praksis. Grensebetingelser av III-typen setter for ethvert tidspunkt på grensene til området D varmeoverføringskoeffisienten og omgivelsestemperaturen. I det generelle tilfellet kan disse verdiene være forskjellige i forskjellige deler av overflaten S i regionen D. For tilfellet med samme varmeoverføringskoeffisient a på hele overflaten S og overalt den samme omgivelsestemperaturen tzh, kan grensebetingelsene for den tredje typen ved t > 0 skrives som: ; ;

hvor . S er overflaten som avgrenser området D.

Temperaturen i hver av de tre ligningene er tatt på den tilsvarende flaten av parallellepipedet.

La oss vurdere den analytiske løsningen av problemet formulert ovenfor i endimensjonal versjon, dvs. under betingelsen ly, lz »d. I dette tilfellet er det nødvendig å finne temperaturfeltet på formen t = t(x, t). La oss skrive problemformuleringen:

ligningen ;

startbetingelse: ved t = 0 har vi t(x, 0) = t0 = const;

grensebetingelse: for x = ±d, t > 0 har vi https://pandia.ru/text/78/654/images/image095.gif" width="141" height="27">. Problemet er i for å oppnå en spesifikk formel t = t(x, t), som gjør det mulig å finne temperaturen t på et hvilket som helst punkt på platen på et vilkårlig tidspunkt.

La oss formulere problemet i dimensjonsløse variabler, dette vil redusere oppføringene og gjøre løsningen mer universell. Den dimensjonsløse temperaturen er , den dimensjonsløse koordinaten er X = x/d..gif" width="149" height="27 src=">.gif" width="120" height="25">, hvor – biot nummer.

Formuleringen av problemet i en dimensjonsløs form inneholder en enkelt parameter - Biot-nummeret, som i dette tilfellet er et kriterium, siden det bare består av mengdene som er inkludert i unikhetsbetingelsen. Bruken av Biot-tallet er assosiert med å finne temperaturfeltet i et fast stoff, så nevneren Bi er den termiske ledningsevnen til faststoffet. Bi er en forhåndsbestemt parameter og er et kriterium.

Hvis vi vurderer 2 prosesser med ikke-stasjonær varmeledning med samme Biot-tall, er disse prosessene like i henhold til det tredje likhetsteoremet. Dette betyr at på lignende punkter (dvs. ved X1=X2; Fo1=Fo2) vil de dimensjonsløse temperaturene være numerisk like: Q1=Q2. derfor, etter å ha gjort en beregning i en dimensjonsløs form, vil vi oppnå et resultat som er gyldig for en klasse av lignende fenomener som kan være forskjellige i dimensjonsparametrene a, l, d, t0 og tl.

13. Ikke-stasjonær varmeledningsevne for en ubegrenset flat vegg.

Se spørsmål 12.

17. Energilikning. vilkår for entydighet.

Energiligningen beskriver prosessen med varmeoverføring i et materialmedium. Samtidig er distribusjonen assosiert med transformasjonen til andre former for energi. Loven om bevaring av energi i forhold til prosessene for dens transformasjon er formulert i form av termodynamikkens første lov, som er grunnlaget for å utlede energiligningen. Mediet som varmen forplanter seg i antas å være kontinuerlig; den kan være stasjonær eller i bevegelse. Siden tilfellet med et bevegelig medium er mer generelt, bruker vi uttrykket for termodynamikkens første lov for strømmen: (17.1) hvor q er inngangsvarmen, J/kg; h er entalpien, J/kg; w er hastigheten til mediet ved det betraktede punktet, m/s; g er akselerasjonen for fritt fall; z er høyden der det betraktede elementet i mediet er plassert, m; ltr er arbeid mot indre friksjonskrefter, J/kg.

I henhold til ligning 17.1 brukes varmetilførselen på å øke entalpien, kinematisk energi og potensiell energi i tyngdefeltet, samt på å arbeide mot viskøse krefter..gif" width="265 height=28" height= "28"> (17.2) .

T. til. (17.3) .

La oss beregne mengden inngående og utgående varme per tidsenhet for et middels element i form av et rektangulært parallellepiped, hvis dimensjoner er små nok til å anta en lineær endring i varmeflukstettheten innenfor dens grenser..gif" width ="236" height="52 ">; deres forskjell er .

Ved å utføre en lignende operasjon for 0y- og 0z-aksene, oppnår vi henholdsvis forskjellene: forskjell får vi den resulterende mengden varme som tilføres (eller fjernes) til elementet per tidsenhet.

Vi begrenser oss til tilfellet med en strømning med moderat hastighet, da er mengden varme som tilføres lik endringen i entalpien. Hvis vi antar at det elementære parallellepipedet er fiksert i rommet og dets flater er permeable for strømmen, kan det indikerte forholdet representeres som: https://pandia.ru/text/78/654/images/image114.gif" bredde ="18" height="31"> – hastigheten for endring av entalpi ved et fast punkt i rommet omsluttet av et elementært parallellepiped; minustegnet introduseres for å matche overføringen av varme og endringen i entalpien: den resulterende tilstrømningen av varme<0 должен вызывать увеличение энтальпии.

(17.10) .

Utledningen av energiligningen fullføres ved å erstatte uttrykk (17.6) og (17.10) i ligning (17.4). siden denne operasjonen er av formell karakter, vil vi utføre transformasjoner kun for 0x-aksen: (17.11) .

Med konstante fysiske parametere for mediet får vi følgende uttrykk for den deriverte: (17.12) . Etter å ha mottatt lignende uttrykk for projeksjoner på andre akser, vil vi gjøre opp summen av dem i parentes på høyre side av ligning (17.4). Og etter noen transformasjoner får vi energiligning for et inkomprimerbart medium ved moderate strømningshastigheter:

(17.13) .

Venstre side av ligningen karakteriserer hastigheten på temperaturendringer til en flytende partikkel i bevegelse. Høyre side av ligningen er summen av derivater av formen og bestemmer derfor den resulterende tilførselen (eller fjerningen) av varme på grunn av varmeledning.

Dermed har energiligningen en klar fysisk betydning: Endringen i temperaturen til en bevegelig individuell fluidpartikkel (venstre side) bestemmes av varmetilførselen til denne partikkelen fra fluidet som omgir den på grunn av varmeledning (høyre side).

For et stasjonært miljø, konvektiv medlemmer https://pandia.ru/text/78/654/images/image128.gif" width="168" height="51">.gif" width="76" height="20 src= ">.

vilkår for entydighet.

Differensialligninger har et uendelig antall løsninger, formelt gjenspeiles dette faktum i nærvær av vilkårlige integrasjonskonstanter. For å løse et spesifikt ingeniørproblem, bør noen tilleggsbetingelser legges til ligningene knyttet til essensen og særtrekk ved dette problemet.

Feltene til de ønskede funksjonene - temperatur, hastighet og trykk - finnes i et bestemt område, som form og dimensjoner må spesifiseres for, og i et visst tidsintervall. For å utlede en enkelt løsning av problemet fra et sett med mulige, er det nødvendig å angi verdiene til de søkte funksjonene: i det første øyeblikket i hele området som vurderes; til enhver tid på grensene til det aktuelle området.