GOST 25380-82

Grupa G19

NORMA PAŃSTWOWA UNII SSR

BUDYNKI I KONSTRUKCJE

Metoda pomiaru gęstości strumieni cieplnych,

przechodząc przez kopertę budynku

Budynki i budowle.

Metoda pomiaru gęstości przepływów ciepła

przechodząc przez konstrukcje ogrodzeniowe

Data wprowadzenia 1983 - 01-01

ZATWIERDZONE I WPROWADZONE Uchwałą nr 182 Państwowego Komitetu ds. Budownictwa ZSRR z dnia 14 lipca 1982 r.

REPUBLIKACJA. Czerwiec 1987

Niniejsza norma ustanawia ujednoliconą metodę określania gęstości strumieni ciepła przechodzących przez jednowarstwowe i wielowarstwowe przegrody budowlane budynków i konstrukcji mieszkalnych, publicznych, przemysłowych i rolniczych podczas badania eksperymentalnego oraz w warunkach ich eksploatacji.

Pomiary gęstości strumienia ciepła wykonuje się w temperaturze otoczenia od 243 do 323 K (od minus 30 do plus 50°C) i wilgotności względnej powietrza do 85%.

Pomiary gęstości strumieni ciepła umożliwiają ilościowe określenie wydajności cieplnej otaczających konstrukcji budynków i budowli oraz ustalenie rzeczywistego zużycia ciepła przez zewnętrzne konstrukcje otaczające.

Norma nie dotyczy półprzezroczystych konstrukcji zamykających.

1. Postanowienia ogólne

1.1. Metoda pomiaru gęstości strumienia ciepła opiera się na pomiarze różnicy temperatur na „ścianie pomocniczej” (płycie) zainstalowanej na przegródce budynku. Ta różnica temperatur, która jest proporcjonalna do jej gęstości w kierunku przepływu ciepła, jest przekształcana w siłę elektromotoryczną. baterie termopar umieszczone w „ścianie pomocniczej” równolegle do przepływu ciepła i połączone szeregowo zgodnie z generowanym sygnałem. „Ścianka pomocnicza” i stos termopar tworzą konwerter strumienia ciepła

1.2. Gęstość strumienia ciepła jest mierzona na skali specjalistycznego urządzenia, które zawiera konwerter strumienia ciepła, lub jest obliczana na podstawie wyników pomiaru emf. na wstępnie skalibrowanych przetwornikach strumienia ciepła.

Schemat pomiaru gęstości strumienia ciepła pokazano na rysunku.

Schemat pomiaru gęstości strumienia ciepła

1 - zamykająca struktura; 2 - konwerter strumienia ciepła; 3 - miernik emf;

Temperatura powietrza wewnętrznego i zewnętrznego; , , - temperatura zewnętrzna,

wewnętrzne powierzchnie struktury otaczającej odpowiednio w pobliżu i pod przetwornikiem;

Opór cieplny przegród zewnętrznych i konwertera strumienia ciepła;

Gęstość strumienia cieplnego przed i po zamocowaniu przetwornika.

2. Sprzęt

2.1. Do pomiaru gęstości strumieni ciepła stosuje się urządzenie ITP-11 (dopuszcza się użycie poprzedniego modelu urządzenia ITP-7) zgodnie ze specyfikacją.

Charakterystykę techniczną urządzenia ITP-11 podano w załączniku nr 1.

2.2. Podczas badań cieplnych konstrukcji otaczających dopuszcza się pomiar gęstości strumieni cieplnych za pomocą odrębnie produkowanych i kalibrowanych konwerterów strumienia cieplnego o rezystancji termicznej do 0,025-0,06 (mkw.)/W oraz urządzeń mierzących emf generowane przez konwertery .

Dozwolone jest użycie konwertera zastosowanego w instalacji do określenia przewodności cieplnej zgodnie z GOST 7076-78.

2.3. Przetworniki przepływu ciepła zgodnie z pkt 2.2 muszą spełniać następujące podstawowe wymagania:

materiały na „ściany pomocnicze” (płyty) muszą zachowywać swoje właściwości fizyczne i mechaniczne w temperaturze otoczenia od 243 do 323 K (od minus 30 do plus 50°C);

materiałów nie należy zwilżać i zwilżać wodą w fazie ciekłej i parowej;

stosunek średnicy przetwornika do jego grubości musi wynosić co najmniej 10;

konwertery muszą posiadać strefę ochronną umieszczoną wokół baterii termopar, której wielkość liniowa powinna wynosić co najmniej 30% promienia lub połowę wielkości liniowej konwertera;

każdy wyprodukowany konwerter strumienia ciepła musi być skalibrowany w organizacjach, które w określony sposób otrzymały prawo do produkcji tych konwerterów;

w powyższych warunkach środowiskowych należy zachować charakterystykę kalibracji przetwornika przez co najmniej rok.

2.4. Kalibracja przetworników zgodnie z pkt 2.2 jest dozwolona w instalacji do określania przewodności cieplnej zgodnie z GOST 7076-78, w której gęstość strumienia ciepła jest obliczana na podstawie wyników pomiaru różnicy temperatur na próbkach referencyjnych certyfikowanych materiałów zgodnie z GOST 8.140-82 i zainstalowany zamiast testowanych próbek. Metodę kalibracji konwertera strumienia ciepła podano w zalecanym załączniku 2.

2.5. Przetwornice są sprawdzane co najmniej raz w roku, jak wskazano w pkt. 2.3, 2.4.

2.6. Do pomiaru emf. konwerter strumienia ciepła, dozwolone jest stosowanie przenośnego potencjometru PP-63 zgodnie z GOST 9245-79, woltomierzy cyfrowych V7-21, F30 lub innych mierników siły elektromotorycznej, w których obliczany jest błąd w obszarze mierzonego siły elektromotorycznej. konwertera strumienia ciepła nie przekracza 1%, a rezystancja wejściowa jest co najmniej 10 razy większa niż rezystancja wewnętrzna konwertera.

W testach termicznych przegród budowlanych z wykorzystaniem oddzielnych przetworników preferuje się stosowanie automatycznych systemów i urządzeń rejestrujących.

3. Przygotowanie do pomiaru

3.1. Pomiar gęstości strumienia ciepła odbywa się z reguły od wewnątrz otaczających konstrukcji budynków i budowli.

Dopuszcza się pomiar gęstości strumieni ciepła z zewnątrz otaczających konstrukcji, jeżeli nie można zmierzyć ich od wewnątrz (środowisko agresywne, wahania parametrów powietrza), pod warunkiem utrzymania stabilnej temperatury na powierzchni. Kontrola warunków wymiany ciepła odbywa się za pomocą sondy temperaturowej i środków do pomiaru gęstości strumienia ciepła: przy pomiarze przez 10 minut ich odczyty powinny mieścić się w granicach błędu pomiarowego przyrządów.

3.2. Powierzchnie dobierane są specyficzne lub charakterystyczne dla całej badanej przegród zewnętrznych budynku, w zależności od potrzeby pomiaru lokalnej lub średniej gęstości strumienia ciepła.

Obszary wybrane na konstrukcji otaczającej do pomiarów muszą mieć warstwę wierzchnią z tego samego materiału, taką samą obróbkę i stan powierzchni, te same warunki dla promieniowania cieplnego i nie powinny znajdować się w bliskiej odległości od elementów, które mogą zmieniać kierunek i wartość przepływów ciepła.

3.3. Powierzchnie struktur otaczających, na których zainstalowany jest konwerter strumienia ciepła, są czyszczone aż do usunięcia widocznych i namacalnych nierówności.

3.4. Przetwornik jest mocno dociskany na całej swojej powierzchni do otaczającej konstrukcji i mocowany w tej pozycji, zapewniając stały kontakt przetwornika strumienia ciepła z powierzchnią badanych obszarów podczas wszystkich kolejnych pomiarów.

Podczas montażu przetwornika między nim a otaczającą konstrukcją, tworzenie szczelin powietrznych jest niedopuszczalne. Aby je wykluczyć, na powierzchnię w miejscach pomiaru nakłada się cienką warstwę wazeliny technicznej, zakrywając nierówności powierzchni.

Przetwornik można zamocować wzdłuż jego powierzchni bocznej za pomocą roztworu gipsu budowlanego, wazeliny technicznej, plasteliny, pręta ze sprężyną i innych środków wykluczających zniekształcenie strumienia ciepła w strefie pomiarowej.

3.5. Podczas eksploatacyjnych pomiarów gęstości strumienia ciepła luźna powierzchnia przetwornika jest sklejana warstwą materiału lub malowana farbą o takim samym lub podobnym stopniu emisyjności z różnicą 0,1 jak materiał warstwy wierzchniej otaczająca struktura.

3.6. Urządzenie odczytujące umieszcza się w odległości 5-8 m od miejsca pomiaru lub w sąsiednim pomieszczeniu, aby wyeliminować wpływ obserwatora na wartość strumienia cieplnego.

3.7. W przypadku korzystania z urządzeń do pomiaru siły elektromotorycznej, które mają ograniczenia dotyczące temperatury otoczenia, umieszcza się je w pomieszczeniu o temperaturze powietrza akceptowalnej dla działania tych urządzeń, a konwerter strumienia ciepła jest do nich podłączony za pomocą przedłużaczy.

Przy pomiarach urządzeniem ITP-1 konwerter strumienia ciepła i urządzenie pomiarowe znajdują się w tym samym pomieszczeniu, niezależnie od temperatury powietrza w pomieszczeniu.

3.8. Sprzęt zgodnie z punktem 3.7 jest przygotowany do działania zgodnie z instrukcją obsługi odpowiedniego urządzenia, w tym z uwzględnieniem niezbędnego czasu ekspozycji urządzenia w celu ustalenia w nim nowego reżimu temperatury.

4. Wykonywanie pomiarów

4.1. Pomiar gęstości strumienia ciepła odbywa się:

podczas korzystania z urządzenia ITP-11 - po przywróceniu warunków wymiany ciepła w pomieszczeniu w pobliżu sekcji kontrolnych konstrukcji otaczających, zniekształconych podczas czynności przygotowawczych, oraz po przywróceniu bezpośrednio na terenie testowym poprzedniego reżimu wymiany ciepła, który został zakłócony kiedy konwerter był podłączony;

podczas testów termicznych z wykorzystaniem konwerterów strumienia ciepła zgodnie z pkt 2.2 - po pojawieniu się nowego ustalonego stanu wymiany ciepła pod konwerterem.

Po wykonaniu czynności przygotowawczych zgodnie z ust. 3,2-3,5 podczas korzystania z urządzenia ITP-11 tryb wymiany ciepła w miejscu pomiaru zostaje przywrócony po około 5-10 minutach, przy użyciu konwerterów strumienia ciepła zgodnie z punktem 2.2 - po 2-6 godzinach.

Za wskaźnik zakończenia nieustalonego trybu wymiany ciepła i możliwość pomiaru gęstości strumienia ciepła można uznać powtarzalność wyników pomiaru gęstości strumienia ciepła w ramach ustalonego błędu pomiaru.

4.2. Przy pomiarze przepływu ciepła w przegródce budynku o oporności cieplnej mniejszej niż 0,6 (mkw.) / W, jednocześnie mierzy się temperaturę jej powierzchni za pomocą termopar w odległości 100 mm od konwertera, poniżej niego i temperatury powietrza wewnętrznego i zewnętrznego w odległości 100 mm od ściany.

5. Przetwarzanie wyników

5.1. Przy zastosowaniu urządzeń ITP-11 wartość gęstości strumienia ciepła (W/mkw.) uzyskuje się bezpośrednio z wagi urządzenia.

5.2. Podczas korzystania z oddzielnych przetworników i miliwoltomierzy do pomiaru emf. gęstość strumienia ciepła przechodzącego przez konwerter, W/m2 oblicza się ze wzoru

(1)

5.3. Określanie współczynnika kalibracji przetwornika, z uwzględnieniem temperatury badania, przeprowadza się zgodnie z zalecanym dodatkiem 2.

5.4. Wartość gęstości strumienia ciepła, W / m2, mierzona zgodnie z punktem 4.3 jest obliczana według wzoru

(2)

gdzie -

oraz -

temperatura powietrza na zewnątrz przed konwerterem, K (°С);

temperatura powierzchni w obszarze pomiarowym, odpowiednio w pobliżu przetwornika i pod przetwornikiem, K (°С).

5.5. Wyniki pomiarów są zapisywane w formie podanej w zalecanym Załączniku 3.

5.6. Wynik wyznaczenia gęstości strumienia ciepła przyjmuje się jako średnią arytmetyczną wyników pięciu pomiarów w jednym położeniu przetwornika na przegródce budynku.

Załącznik 1

Odniesienie

Charakterystyka techniczna urządzenia ITP-11

Urządzenie ITP-11 to połączenie konwertera strumienia ciepła na sygnał elektryczny prądu stałego z urządzeniem pomiarowym, którego skala jest wyskalowana w jednostkach gęstości strumienia ciepła.

1. Granice pomiaru gęstości strumienia ciepła: 0-50; 0-250 W/mkw.

2. Podział cenowy skali przyrządu: 1; 5 W/mkw.

3. Główny błąd urządzenia w procentach przy temperaturze powietrza 20 °C.

4. Błąd dodatkowy spowodowany zmianami temperatury powietrza otaczającego przyrząd pomiarowy nie przekracza 1% na każde 10 K (°C) zmiany temperatury w zakresie od 273 do 323 K (od 0 do 50°C).

Błąd dodatkowy spowodowany zmianą temperatury konwertera strumienia ciepła nie przekracza 0,83% na 10 K (°C) zmiany temperatury w zakresie od 273 do 243 K (od 0 do minus 30 °C).

5. Opór cieplny konwertera strumienia ciepła - nie większy niż 3,10 (kv/m·K)/W.

6. Czas na ustalenie wskazań nie przekracza 3,5 minuty.

7. Gabaryty obudowy - 290x175x100 mm.

8. Wymiary gabarytowe konwertera strumienia ciepła: średnica 27 mm, grubość 1,85 mm.

9. Wymiary gabarytowe urządzenia pomiarowego - 215x115x90 mm.

10 Długość łączącego przewodu elektrycznego - 7 m.

11. Waga urządzenia bez etui - nie więcej niż 2,5 kg.

12. Zasilanie - 3 elementy "316".

Załącznik 2

Metoda kalibracji konwertera strumienia ciepła

Wyprodukowany konwerter strumienia ciepła jest poddawany kalibracji w instalacji do określania przewodności cieplnej materiałów budowlanych zgodnie z GOST 7076-78, w którym zamiast próbki testowej instalowany jest skalibrowany konwerter i próbka materiału odniesienia zgodnie z GOST 8.140-82 .

Podczas kalibracji przestrzeń pomiędzy płytą kontrolną temperatury instalacji a próbką odniesienia na zewnątrz konwertora musi być wypełniona materiałem zbliżonym właściwościami termofizycznymi do materiału konwertera w celu zapewnienia jednowymiarowości przepływającego strumienia ciepła w sekcji roboczej instalacji. Pomiar Emf na konwerterze i próbce odniesienia jest wykonywane przez jedno z urządzeń wymienionych w pkt 2.6 niniejszej normy.

Współczynnik kalibracyjny przetwornika W/(m2 mV) przy danej średniej temperaturze eksperymentu wyznacza się z wyników pomiarów gęstości strumienia ciepła i siły elektromotorycznej. zgodnie z następującą relacją

Gęstość strumienia ciepła obliczana jest z wyników pomiaru różnicy temperatur na próbce odniesienia według wzoru

gdzie

przewodność cieplna materiału odniesienia, W/(m.K);

temperatura odpowiednio górnej i dolnej powierzchni wzorca, K(°С);

standardowa grubość, m

Zaleca się dobranie średniej temperatury w eksperymentach podczas kalibracji przetwornika w zakresie od 243 do 323 K (od minus 30 do plus 50 °C) i utrzymywanie jej z odchyleniem nie większym niż ±2 K (°C) .

Wynik wyznaczenia współczynnika przetwornika przyjmuje się jako średnią arytmetyczną wartości wyliczonych z wyników pomiarów co najmniej 10 eksperymentów. Liczba cyfr znaczących w wartości współczynnika kalibracji przetwornika jest przyjmowana zgodnie z błędem pomiaru.

Współczynnik temperaturowy przetwornika K () znajduje się na podstawie wyników pomiarów siły elektromotorycznej. w eksperymentach kalibracyjnych przy różnych średnich temperaturach przetwornika w zależności od stosunku

,

gdzie ,

Średnie temperatury przetwornika w dwóch eksperymentach, K (°C);

Współczynniki kalibracyjne przetwornika odpowiednio w średniej temperaturze i , W/(m2 V).

Różnica między średnimi temperaturami i musi wynosić co najmniej 40 K (°C).

Wynik wyznaczenia współczynnika temperaturowego przetwornika przyjmuje się jako średnią arytmetyczną gęstości obliczoną z wyników co najmniej 10 eksperymentów z różną średnią temperaturą przetwornika.

Wartość współczynnika kalibracyjnego konwertera strumienia ciepła w temperaturze badania , W/(m2 mV), wyznacza się wzorem

,

gdzie

(Wartość współczynnika kalibracji przetwornika w temperaturze badania

W/(mkw.mV)

Rodzaj i numer urządzenia pomiarowego

Rodzaj ogrodzenia

Odczyt przyrządu, mV

Wartość gęstości strumienia ciepła

kapuśniak

stała-

Numer partii

Numer pomiaru

Średnia witryny

łuskowaty

ważny

licytacje

Podpis operatora ____________________

Data pomiarów ___________

Tekst dokumentu jest weryfikowany przez:

oficjalna publikacja

Gosstroy ZSRR -

M.: Wydawnictwo norm, 1988



20.03.2014

Pomiar gęstości strumieni ciepła przechodzących przez przegrodę budynku. GOST 25380-82

Strumień ciepła - ilość ciepła przekazywanego przez powierzchnię izotermiczną w jednostce czasu. Przepływ ciepła jest mierzony w watach lub kcal / h (1 W \u003d 0,86 kcal / h). Strumień ciepła na jednostkę powierzchni izotermicznej nazywany jest gęstością strumienia ciepła lub obciążeniem cieplnym; zwykle oznaczany przez q, mierzony w W / m 2 lub kcal / (m 2 × h). Gęstość strumienia ciepła jest wektorem, którego dowolna składowa jest liczbowo równa ilości ciepła przekazywanego w jednostce czasu przez jednostkę powierzchni prostopadłą do kierunku pobranej składowej.

Pomiary gęstości strumieni ciepła przechodzących przez przegrodę budynku są przeprowadzane zgodnie z GOST 25380-82 „Budynki i konstrukcje. Metoda pomiaru gęstości strumieni ciepła przechodzących przez przegrodę budynku”.

Ten GOST ustanawia metodę pomiaru gęstości strumienia ciepła przechodzącego przez jednowarstwowe i wielowarstwowe otaczające konstrukcje budynków i budowli - publicznych, mieszkalnych, rolniczych i przemysłowych.

Obecnie w budownictwie, odbiorze i eksploatacji budynków, a także w sektorze mieszkaniowym i komunalnym dużą wagę przywiązuje się do jakości wykonanej budowy i wykończenia wnętrz, izolacji termicznej budynków mieszkalnych, a także oszczędności energii.

Ważnym parametrem oceny w tym przypadku jest zużycie ciepła z konstrukcji izolacyjnych. Badania jakości ochrony termicznej przegród budowlanych można przeprowadzać na różnych etapach: podczas rozruchu budynków, na ukończonych budowach, w trakcie budowy, podczas remontu konstrukcji oraz w trakcie eksploatacji budynków w celu sporządzania paszportów energetycznych budynków oraz w sprawie skarg.

Pomiary gęstości strumienia ciepła należy wykonywać w temperaturze otoczenia od -30 do +50°C i wilgotności względnej nie większej niż 85%.

Pomiary gęstości strumienia ciepła pozwalają oszacować przepływ ciepła przez przegrody budowlane, a tym samym określić właściwości cieplne przegród budowlanych i konstrukcyjnych.

Niniejsza norma nie ma zastosowania do oceny właściwości cieplnych konstrukcji otaczających, które przepuszczają światło (szkło, tworzywa sztuczne itp.).

Zastanówmy się, na czym opiera się metoda pomiaru gęstości strumienia ciepła. Na konstrukcji osłaniającej budynek (konstrukcję) montowana jest płyta (tzw. „ściana pomocnicza”). Powstająca na tej „ścianie pomocniczej” różnica temperatur jest proporcjonalna do jej gęstości w kierunku przepływu ciepła. Różnica temperatur jest przekształcana na siłę elektromotoryczną baterii termopar, które znajdują się na „ścianie pomocniczej” i są zorientowane równolegle do przepływu ciepła i są połączone szeregowo zgodnie z generowanym sygnałem. „Ścianka pomocnicza” i stos termopar stanowią razem przetwornik pomiarowy do pomiaru gęstości strumienia ciepła.

Na podstawie wyników pomiarów siły elektromotorycznej baterii termopar oblicza się gęstość strumienia ciepła na wstępnie skalibrowanych przetwornikach.

Schemat pomiaru gęstości strumienia ciepła pokazano na rysunku.

1 - zamykająca struktura; 2 - konwerter strumienia ciepła; 3 - miernik emf;

t w, t n- temperatura powietrza wewnętrznego i zewnętrznego;

τ n, τ w, τ’ w- temperatura zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni struktury otaczającej odpowiednio w pobliżu i pod konwerterem;

R 1 , R 2 - opór cieplny przegród zewnętrznych i konwertera strumienia ciepła;

q 1 , q 2- gęstość strumienia cieplnego przed i po zamocowaniu konwertera

Źródła promieniowania podczerwonego. Ochrona na podczerwień w miejscach pracy

Źródłem promieniowania podczerwonego (IR) jest dowolne ogrzane ciało, którego temperatura określa natężenie i widmo emitowanej energii elektromagnetycznej. Długość fali o maksymalnej energii promieniowania cieplnego określa wzór:

λ max = 2,9-103 / T [µm] (1)

gdzie T jest bezwzględną temperaturą ciała promieniującego, K.

Promieniowanie podczerwone dzieli się na trzy obszary:

  • fale krótkie (X \u003d 0,7 - 1,4 mikrona);
  • fala średnia (k \u003d 1,4 - 3,0 mikrony):
  • fale długie (k = 3,0 μm - 1,0 mm).

Na ludzkim ciele fale elektryczne w zakresie IR mają głównie wpływ termiczny. Przy ocenie tego wpływu brane są pod uwagę:

długość i intensywność fali o maksymalnej energii;

powierzchnia emitowanej powierzchni;

czas trwania narażenia w ciągu dnia roboczego;

czas trwania ciągłej ekspozycji;

intensywność pracy fizycznej;

intensywność ruchu powietrza w miejscu pracy;

Rodzaj tkaniny, z której wykonane są kombinezony;

indywidualne cechy ciała.

Zakres krótkofalowy obejmuje promienie o długości fali λ ≤ 1,4 μm. Charakteryzują się zdolnością wnikania w tkanki ludzkiego ciała na głębokość kilku centymetrów. Uderzenie to powoduje poważne uszkodzenia różnych narządów i tkanek ludzkich z pogarszającymi się konsekwencjami. Następuje wzrost temperatury mięśni, płuc i innych tkanek. W układzie krążenia i limfatycznym powstają specyficzne substancje biologicznie czynne. Zakłócona zostaje praca ośrodkowego układu nerwowego.

Zakres fal średnich obejmuje promienie o długości fali λ = 1,4 - 3,0 μm. Wnikają tylko w powierzchowne warstwy skóry, dlatego ich wpływ na organizm człowieka ogranicza się do wzrostu temperatury odsłoniętych obszarów skóry i wzrostu temperatury ciała.

Zakres długofalowy - promienie o długości fali λ > 3 μm. Oddziałując na organizm człowieka powodują najsilniejszy wzrost temperatury w odsłoniętych obszarach skóry, co zaburza pracę układu oddechowego i sercowo-naczyniowego oraz zaburza równowagę termiczną orgazmu, prowadząc do udaru cieplnego.

Zgodnie z GOST 12.1.005-88 intensywność narażenia termicznego pracowników od nagrzanych powierzchni urządzeń technologicznych i urządzeń oświetleniowych nie powinna przekraczać: 35 W / m 2, gdy napromieniowane jest ponad 50% powierzchni ciała; 70 W/m2 przy ekspozycji na 25 do 50% powierzchni ciała; 100 W/m2 przy napromieniowaniu nie większym niż 25%> powierzchni ciała. Ze źródeł otwartych (ogrzewany metal i szkło, otwarty płomień) natężenie promieniowania cieplnego nie powinno przekraczać 140 W / m2 przy ekspozycji nie większej niż 25% powierzchni ciała i obowiązkowym stosowaniu środków ochrony osobistej, w tym twarzy i ochrona oczu.

Normy ograniczają również temperaturę nagrzewanych powierzchni sprzętu w obszarze roboczym, która nie powinna przekraczać 45 °C.

Temperatura powierzchni sprzętu, wewnątrz którego temperatura jest bliska 100°C, nie powinna przekraczać 35°C.

Główne rodzaje ochrony przed promieniowaniem podczerwonym to:

1. ochrona czasu;

2. ochrona na odległość;

3. ekranowanie, izolacja termiczna lub chłodzenie gorących powierzchni;

4. wzrost wymiany ciepła ludzkiego ciała;

5. sprzęt ochrony osobistej;

6. eliminacja źródła ciepła.

Istnieją trzy rodzaje ekranów:

nieprzejrzysty;

· przezroczysty;

przeświecający.

W ekranach nieprzezroczystych, gdy energia oscylacji elektromagnetycznych oddziałuje z substancją ekranu, jest przekształcana w energię cieplną. W wyniku tej przemiany ekran nagrzewa się i sam staje się źródłem promieniowania cieplnego. Promieniowanie przez powierzchnię ekranu przeciwną do źródła jest konwencjonalnie uważane za promieniowanie przepuszczane ze źródła. Staje się możliwe obliczenie gęstości strumienia ciepła przechodzącego przez jednostkę powierzchni ekranu.

Z przezroczystymi ekranami sytuacja wygląda inaczej. Promieniowanie padające na powierzchnię ekranu jest w nim rozprowadzane zgodnie z prawami optyki geometrycznej. To wyjaśnia jego przezroczystość optyczną.

Półprzezroczyste ekrany mają zarówno właściwości przezroczyste, jak i nieprzezroczyste.

· odbijające ciepło;

· ciepłochłonny;

rozpraszanie ciepła.

W rzeczywistości wszystkie ekrany, w takim czy innym stopniu, mają właściwość pochłaniania, odbijania lub rozpraszania ciepła. Dlatego definicja ekranu do określonej grupy zależy od tego, która właściwość jest najsilniej wyrażona.

Ekrany odbijające ciepło wyróżniają się niskim stopniem zaczernienia powierzchni. Dlatego odbijają większość padających na nie promieni.

Ekrany ciepłochłonne to ekrany, w których materiał, z którego są wykonane, ma niski współczynnik przewodności cieplnej (wysoki opór cieplny).

Przezroczyste folie lub kurtyny wodne działają jak ekrany odprowadzające ciepło. Można również zastosować ekrany wewnątrz szklanych lub metalowych konturów ochronnych.

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

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

q 3 - gęstość strumienia promieniowania IR z zastosowaniem osłony, W / m 2;

t jest temperaturą promieniowania podczerwonego bez zastosowania ochrony, °C;

t 3 - temperatura promieniowania IR z zastosowaniem ochrony, ° С.

Używane oprzyrządowanie

Aby zmierzyć gęstość strumieni ciepła przechodzących przez przegrody budowlane i sprawdzić właściwości osłon termicznych, nasi specjaliści opracowali urządzenia z serii .

Zakres pomiaru gęstości strumienia ciepła: od 10 do 250, 500, 2000, 9999 W/m2

Obszar zastosowań:

· budownictwo;

obiekty energii;

badania naukowe itp.

Pomiar gęstości strumienia ciepła, jako wskaźnika właściwości termoizolacyjnych różnych materiałów, przeprowadzają urządzenia z serii przy:

· badania termotechniczne konstrukcji ogrodzeniowych;

wyznaczanie strat ciepła w wodnych sieciach ciepłowniczych;

prowadzenie prac laboratoryjnych na uczelniach (wydziały „Bezpieczeństwo życia”, „Ekologia przemysłowa” itp.).

Na rysunku przedstawiono stanowisko prototypowe „Określanie parametrów powietrza w obszarze roboczym i ochrona przed skutkami termicznymi” BZhZ 3 (prod. Intos + LLC).

Na stoisku znajduje się źródło promieniowania cieplnego (odbłyśnik domowy). Przed źródłem umieszczone są ekrany wykonane z różnych materiałów (metal, tkanina itp.). Urządzenie umieszcza się za ekranem wewnątrz modelu pomieszczenia w różnych odległościach od ekranu. Nad modelem pokojowym zamocowany jest okap z wentylatorem. Urządzenie oprócz sondy do pomiaru gęstości strumienia ciepła wyposażone jest w sondę do pomiaru temperatury powietrza wewnątrz modelu. Ogólnie stanowisko jest wizualnym modelem do oceny skuteczności różnych rodzajów ochrony termicznej i lokalnej wentylacji.

Za pomocą statywu określa się skuteczność właściwości ochronnych ekranów w zależności od materiałów, z których są wykonane oraz od odległości ekranu od źródła promieniowania cieplnego.

Zasada działania i konstrukcja urządzenia IPP-2

Konstrukcyjnie urządzenie wykonane jest w plastikowej obudowie. Na przednim panelu urządzenia znajduje się czterocyfrowy wskaźnik LED, przyciski sterujące; na bocznej powierzchni znajdują się złącza do podłączenia urządzenia do komputera i karty sieciowej. Na górnym panelu znajduje się złącze do podłączenia konwertera pierwotnego.

Wygląd urządzenia

1 - Dioda LED stanu baterii

2 - Sygnalizacja LED przekroczenia progu

3 -Wskaźnik wartości pomiaru

4 - Złącze do sondy pomiarowej

5 , 6 - Przyciski sterujące

7 - Złącze do podłączenia do komputera

8 - Złącze do karty sieciowej

Zasada działania

Zasada działania urządzenia opiera się na pomiarze różnicy temperatur na „ścianie pomocniczej”. Wielkość różnicy temperatur jest proporcjonalna do gęstości strumienia ciepła. Różnicę temperatur mierzy się za pomocą termopary taśmowej umieszczonej wewnątrz płytki sondy, która działa jak „ścianka pomocnicza”.

Wskazanie pomiarów i trybów pracy urządzenia

Urządzenie odpytuje sondę pomiarową, oblicza gęstość strumienia ciepła i wyświetla jej wartość na wskaźniku LED. Interwał sondowania wynosi około jednej sekundy.

Rejestracja pomiarów

Dane odebrane z sondy pomiarowej są zapisywane do nieulotnej pamięci urządzenia z określonym okresem czasu. Ustawienie okresu, odczyt i przeglądanie danych odbywa się za pomocą oprogramowania.

Interfejs komunikacyjny

Za pomocą interfejsu cyfrowego można odczytać z urządzenia aktualne wartości pomiaru temperatury, zgromadzone dane pomiarowe, zmienić ustawienia urządzenia. Jednostka pomiarowa może współpracować z komputerem lub innymi sterownikami poprzez interfejs cyfrowy RS-232. Kurs wymiany poprzez interfejs RS-232 jest konfigurowalny przez użytkownika w zakresie od 1200 do 9600 bps.

Cechy urządzenia:

  • możliwość ustawienia progów alarmów dźwiękowych i świetlnych;
  • przesyłanie zmierzonych wartości do komputera poprzez interfejs RS-232.

Zaletą urządzenia jest możliwość naprzemiennego podłączenia do 8 różnych sond przepływu ciepła do urządzenia. Każda sonda (czujnik) ma swój indywidualny współczynnik kalibracji (współczynnik konwersji Kq), pokazujący, jak bardzo zmienia się napięcie z czujnika względem strumienia cieplnego. Współczynnik ten jest używany przez przyrząd do skonstruowania charakterystyki kalibracji sondy, która określa aktualną zmierzoną wartość strumienia cieplnego.

Modyfikacje sond do pomiaru gęstości strumienia ciepła:

Sondy strumienia ciepła są przeznaczone do pomiaru gęstości strumienia ciepła na powierzchni zgodnie z GOST 25380-92.

Wygląd sond przepływu ciepła

1. Sonda strumienia ciepła typu PTP-ХХХП ze sprężyną dostępna jest w następujących modyfikacjach (w zależności od zakresu pomiaru gęstości strumienia ciepła):

PTP-2.0P: od 10 do 2000 W/m2;

PTP-9.9P: od 10 do 9999 W/m2.

2. Sonda przepływu ciepła w formie „monety” na elastycznym przewodzie PTP-2.0.

Zakres pomiarowy gęstości strumienia ciepła: od 10 do 2000 W/m 2 .

Modyfikacje sondy temperatury:

Wygląd sond temperatury

1. Termopary zanurzeniowe TPP-A-D-L na bazie termistora Pt1000 (termopary oporowe) oraz ТХА-А-D-L na bazie termopar ХА (termopary elektryczne) przeznaczone są do pomiaru temperatury różnych mediów ciekłych i gazowych oraz materiałów sypkich.

Zakres pomiaru temperatury:

Dla CCI-A-D-L: od -50 do +150 °С;

Dla THA-A-D-L: od -40 do +450 °C.

Wymiary:

D (średnica): 4, 6 lub 8 mm;

L (długość): od 200 do 1000 mm.

2. Termopara ТХА-А-D1/D2-LП oparta na termoparze ХА (termopara elektryczna) przeznaczona jest do pomiaru temperatury powierzchni płaskiej.

Wymiary:

D1 (średnica „metalowego kołka”): 3 mm;

D2 (średnica podstawy - "łatka"): 8 mm;

L (długość „metalowego kołka”): 150 mm.

3. Termopara ТХА-А-D-LC oparta na termoparze XА (termopara elektryczna) przeznaczona jest do pomiaru temperatury powierzchni cylindrycznych.

Zakres pomiaru temperatury: od -40 do +450 °С.

Wymiary:

D (średnica) - 4 mm;

L (długość „metalowego kołka”): 180 mm;

Szerokość taśmy - 6 mm.

W skład kompletu dostawy przyrządu do pomiaru gęstości obciążenia cieplnego medium wchodzą:

1. Miernik gęstości strumienia ciepła (jednostka pomiarowa).

2. Sonda do pomiaru gęstości strumienia ciepła.*

3. Sonda temperatury.*

4. Oprogramowanie.**

5. Kabel do podłączenia do komputera osobistego. **

6. Certyfikat kalibracji.

7. Instrukcja obsługi i paszport urządzenia.

8. Paszport do przetworników termoelektrycznych (sondy temperatury).

9. Paszport do sondy gęstości strumienia cieplnego.

10. Karta sieciowa.

* – Zakresy pomiarowe i konstrukcja sondy ustalane są na etapie zamówienia

** – Pozycje dostarczane są na specjalne zamówienie.

Przygotowanie przyrządu do pracy i wykonanie pomiarów

1. Wyjmij urządzenie z opakowania. Jeżeli urządzenie zostanie przeniesione do ciepłego pomieszczenia z zimnego, należy pozostawić urządzenie do nagrzania do temperatury pokojowej przez co najmniej 2 godziny.

2. Naładuj akumulatory, podłączając zasilacz sieciowy do urządzenia. Czas ładowania całkowicie rozładowanego akumulatora wynosi co najmniej 4 godziny. W celu przedłużenia żywotności akumulatora zaleca się pełne rozładowanie raz w miesiącu do momentu automatycznego wyłączenia się urządzenia, a następnie pełnego naładowania.

3. Połączyć jednostkę pomiarową i sondę pomiarową kablem połączeniowym.

4. Kompletując urządzenie z dyskiem z oprogramowaniem, zainstaluj je na komputerze. Podłącz urządzenie do wolnego portu COM komputera za pomocą odpowiednich kabli połączeniowych.

5. Włącz urządzenie, krótko naciskając przycisk „Wybierz”.

6. Po włączeniu urządzenia przeprowadzany jest autotest urządzenia przez 5 sekund. W przypadku usterek wewnętrznych urządzenie na wskaźniku sygnalizuje numer usterki, któremu towarzyszy sygnał dźwiękowy. Po pomyślnym przetestowaniu i zakończeniu pobierania wskaźnik wyświetla aktualną wartość gęstości strumienia ciepła. Wyjaśnienie niepowodzeń testowych i innych błędów w działaniu urządzenia znajduje się w rozdziale 6 niniejszej instrukcji obsługi.

7. Po użyciu wyłącz urządzenie, krótko naciskając przycisk „Wybierz”.

8. Jeżeli urządzenie ma być przechowywane przez dłuższy czas (powyżej 3 miesięcy), baterie należy wyjąć z komory baterii.

Poniżej schemat przełączania w trybie „Praca”.

Przygotowanie i wykonanie pomiarów podczas badań termicznych przegród budowlanych.

1. Pomiar gęstości strumienia ciepła odbywa się z reguły od wewnątrz otaczających konstrukcji budynków i budowli.

Dopuszcza się pomiar gęstości strumieni ciepła z zewnątrz otaczających konstrukcji, jeżeli nie można zmierzyć ich od wewnątrz (środowisko agresywne, wahania parametrów powietrza), pod warunkiem utrzymania stabilnej temperatury na powierzchni. Kontrola warunków wymiany ciepła odbywa się za pomocą sondy temperatury i środków do pomiaru gęstości strumienia ciepła: przy pomiarze przez 10 minut. ich odczyty muszą mieścić się w granicach błędu pomiarowego przyrządów.

2. Powierzchnie dobierane są specyficzne lub charakterystyczne dla całej badanej przegród zewnętrznych budynku, w zależności od potrzeby pomiaru lokalnej lub średniej gęstości strumienia ciepła.

Obszary wybrane na konstrukcji otaczającej do pomiarów muszą mieć warstwę wierzchnią z tego samego materiału, taką samą obróbkę i stan powierzchni, te same warunki dla promieniowania cieplnego i nie powinny znajdować się w bliskiej odległości od elementów, które mogą zmieniać kierunek i wartość przepływów ciepła.

3. Powierzchnie struktur otaczających, na których zainstalowany jest konwerter strumienia ciepła, są oczyszczane do usunięcia widocznej i wyczuwalnej w dotyku chropowatości.

4. Przetwornik jest mocno dociskany na całej swojej powierzchni do otaczającej konstrukcji i mocowany w tej pozycji, zapewniając stały kontakt przetwornika strumienia ciepła z powierzchnią badanych obszarów podczas wszystkich kolejnych pomiarów.

Podczas montażu przetwornika między nim a otaczającą konstrukcją, tworzenie szczelin powietrznych jest niedopuszczalne. Aby je wykluczyć, na powierzchnię w miejscach pomiaru nakłada się cienką warstwę wazeliny technicznej, zakrywając nierówności powierzchni.

Przetwornik można zamocować wzdłuż jego powierzchni bocznej za pomocą roztworu gipsu budowlanego, wazeliny technicznej, plasteliny, pręta ze sprężyną i innych środków wykluczających zniekształcenie strumienia ciepła w strefie pomiarowej.

5. Podczas eksploatacyjnych pomiarów gęstości strumienia ciepła luźna powierzchnia przetwornika jest sklejana warstwą materiału lub malowana farbą o takim samym lub podobnym stopniu emisyjności z różnicą Δε ≤ 0,1, jak materiał warstwa wierzchnia struktury otaczającej.

6. Czytnik znajduje się w odległości 5-8 m od miejsca pomiaru lub w sąsiednim pomieszczeniu, aby wykluczyć wpływ obserwatora na wartość strumienia ciepła.

7. W przypadku korzystania z urządzeń do pomiaru siły elektromotorycznej, które mają ograniczenia dotyczące temperatury otoczenia, umieszcza się je w pomieszczeniu o temperaturze powietrza akceptowalnej dla działania tych urządzeń, a konwerter strumienia ciepła jest do nich podłączony za pomocą przedłużaczy.

8. Sprzęt według zastrzeżenia 7 jest przygotowany do działania zgodnie z instrukcją obsługi odpowiedniego urządzenia, w tym z uwzględnieniem niezbędnego czasu ekspozycji urządzenia w celu ustalenia w nim nowego reżimu temperatury.

Przygotowywanie i wykonywanie pomiarów

(podczas pracy laboratoryjnej na przykładzie pracy laboratoryjnej „Badanie środków ochrony przed promieniowaniem podczerwonym”)

Podłącz źródło podczerwieni do gniazda. Włącz źródło promieniowania IR (górna część) oraz miernik gęstości strumienia ciepła IPP-2.

Zamontuj głowicę gęstościomierza w odległości 100 mm od źródła promieniowania IR i wyznacz gęstość strumienia ciepła (wartość średnia z trzech do czterech pomiarów).

Ręcznie przesuń statyw po linijce, ustawiając głowicę pomiarową w odległości od źródła promieniowania wskazanej w tabeli 1 i powtórz pomiary. Wprowadź dane pomiarowe w postaci tabeli 1.

Skonstruuj wykres zależności gęstości strumienia IR od odległości.

Powtórz pomiary zgodnie z paragrafami. 1 - 3 z różnymi ekranami ochronnymi (aluminium odbijające ciepło, tkanina pochłaniająca ciepło, metal o poczerniałej powierzchni, mieszany - kolczuga). Wprowadź dane pomiarowe w postaci tabeli 1. Skonstruuj wykresy zależności gęstości strumienia promieniowania IR od odległości dla każdego ekranu.

Formularz tabeli 1

Oszacuj skuteczność ochronnego działania ekranów według wzoru (3).

Zamontuj ekran ochronny (zgodnie z zaleceniami nauczyciela), umieść na nim szeroką szczotkę odkurzacza. Włącz odkurzacz w trybie wlotu powietrza, symulując urządzenie wentylacyjne wyciągowe, a po 2-3 minutach (po ustaleniu reżimu termicznego ekranu) określ intensywność promieniowania cieplnego w takich samych odległościach jak w punkcie 3. Oceń skuteczność połączonej ochrony termicznej według wzoru (3).

Zależność natężenia promieniowania cieplnego od odległości dla danego ekranu w trybie wentylacji wywiewnej należy wykreślić na wykresie ogólnym (patrz punkt 5).

Wyznacz skuteczność ochrony mierząc temperaturę dla danego ekranu z wentylacją wyciągową i bez, korzystając ze wzoru (4).

Konstruuj wykresy skuteczności ochrony wentylacji wywiewnej i bez niej.

Przełącz odkurzacz w tryb dmuchawy i włącz go. Kierując strumień powietrza na powierzchnię danego ekranu ochronnego (tryb natrysku) powtórzyć pomiary zgodnie z pkt. 7 - 10. Porównaj wyniki pomiarów z paragrafów. 7-10.

Zamocuj wąż odkurzacza na jednym ze stojaków i włącz odkurzacz w trybie „dmuchawy”, kierując strumień powietrza niemal prostopadle do strumienia ciepła (lekko w kierunku) – imitacja kurtyny powietrznej. Za pomocą miernika zmierz temperaturę promieniowania podczerwonego bez iz „dmuchawą”.

Skonstruuj wykresy skuteczności ochrony „dmuchawy” według wzoru (4).

Wyniki pomiarów i ich interpretacja

(na przykładzie pracy laboratoryjnej na temat „Badania środków ochrony przed promieniowaniem podczerwonym” na jednej z uczelni technicznych w Moskwie).

  1. Stół.
  2. Kominek elektryczny EXP-1,0/220.
  3. Stojak do umieszczania wymiennych ekranów.
  4. Stojak do montażu głowicy pomiarowej.
  5. Miernik gęstości strumienia cieplnego.
  6. Linijka.
  7. Odkurzacz Typhoon-1200.

Natężenie (gęstość strumienia) promieniowania podczerwonego q określa wzór:

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

gdzie S jest polem powierzchni promieniującej, m 2 ;

T jest temperaturą powierzchni promieniującej, K;

r - odległość od źródła promieniowania, m.

Jednym z najczęstszych rodzajów ochrony przed promieniowaniem IR jest ekranowanie powierzchni emitujących.

Istnieją trzy rodzaje ekranów:

nieprzejrzysty;

przezroczysty;

przeświecający.

Zgodnie z zasadą działania ekrany dzielą się na:

odbijające ciepło;

pochłaniające ciepło;

usuwanie ciepła.

Skuteczność ochrony przed promieniowaniem cieplnym za pomocą osłon E określają wzory:

E \u003d (q - q 3) / q

gdzie q jest gęstością strumienia promieniowania podczerwonego bez użycia ochrony, W / m 2;

q3 - gęstość strumienia promieniowania podczerwonego z zastosowaniem osłony, W/m 2 .

Rodzaje ekranów ochronnych (nieprzezroczyste):

1. Ekran mieszany - kolczuga.

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

2. Metalowy ekran o poczerniałej powierzchni.

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

3. Odbijający ciepło ekran aluminiowy.

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

Wykreślmy zależność gęstości strumienia IR od odległości dla każdego ekranu.

Jak widać, skuteczność działania ochronnego ekranów jest różna:

1. Minimalny efekt ochronny ekranu mieszanego - kolczuga - 0,63;

2. Ekran aluminiowy o wyczernionej powierzchni - 0,86;

3. Odbijający ciepło ekran aluminiowy ma największy efekt ochronny - 0,99.

Odniesienia normatywne

Przy ocenie wydajności cieplnej przegród i konstrukcji budynków oraz ustalaniu rzeczywistego zużycia ciepła przez zewnętrzne przegródki budynków stosuje się następujące główne dokumenty regulacyjne:

· GOST 25380-82. Metoda pomiaru gęstości strumieni ciepła przechodzących przez przegrody budowlane.

Podczas oceny wydajności cieplnej różnych środków ochrony przed promieniowaniem podczerwonym stosuje się następujące główne dokumenty regulacyjne:

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Powietrze w miejscu pracy. Ogólne wymagania sanitarno-higieniczne.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Środki ochrony przed promieniowaniem podczerwonym. Klasyfikacja. Ogólne wymagania techniczne.

· GOST 12.4.123-83 „System standardów bezpieczeństwa pracy. Środki ochrony zbiorowej przed promieniowaniem podczerwonym. Ogólne wymagania techniczne".

I. Pomiar gęstości strumieni ciepła przechodzących przez przegrodę budynku. GOST 25380-82.

Strumień ciepła - ilość ciepła przekazywanego przez powierzchnię izotermiczną w jednostce czasu. Przepływ ciepła jest mierzony w watach lub kcal / h (1 W \u003d 0,86 kcal / h). Strumień ciepła na jednostkę powierzchni izotermicznej nazywany jest gęstością strumienia ciepła lub obciążeniem cieplnym; zwykle oznaczany przez q, mierzony w W / m2 lub kcal / (m2 × h). Gęstość strumienia ciepła jest wektorem, którego dowolna składowa jest liczbowo równa ilości ciepła przekazywanego w jednostce czasu przez jednostkę powierzchni prostopadłą do kierunku pobranej składowej.

Pomiary gęstości strumieni ciepła przechodzących przez przegrodę budynku przeprowadza się zgodnie z GOST 25380-82 „Budynki i konstrukcje. Metoda pomiaru gęstości strumieni ciepła przechodzących przez przegrodę budynku”.

Niniejsza norma ustanawia ujednoliconą metodę określania gęstości strumieni ciepła przechodzących przez jednowarstwowe i wielowarstwowe przegrody budowlane budynków i konstrukcji mieszkalnych, publicznych, przemysłowych i rolniczych podczas badania eksperymentalnego oraz w warunkach ich eksploatacji.

Gęstość strumienia ciepła jest mierzona na skali specjalistycznego urządzenia, które zawiera konwerter strumienia ciepła, lub jest obliczana na podstawie wyników pomiaru emf. na wstępnie skalibrowanych przetwornikach strumienia ciepła.

Schemat pomiaru gęstości strumienia ciepła pokazano na rysunku.

1 - zamykająca struktura; 2 - konwerter przepływu ciepła; 3 - miernik emf;

tv, tn - temperatura powietrza wewnętrznego i zewnętrznego;

τн, τв, τ"в — temperatura zewnętrznych, wewnętrznych powierzchni struktury otaczającej odpowiednio w pobliżu i pod konwerterem;

R1, R2 - opór cieplny przegród zewnętrznych i konwertera strumienia ciepła;

q1, q2 to gęstość strumienia ciepła przed i po zamocowaniu przetwornika

II. Promieniowanie podczerwone. Źródła. Ochrona.

Ochrona przed promieniowaniem podczerwonym w miejscu pracy.

Źródłem promieniowania podczerwonego (IR) jest dowolne ogrzane ciało, którego temperatura określa natężenie i widmo emitowanej energii elektromagnetycznej. Długość fali o maksymalnej energii promieniowania cieplnego określa wzór:

λmax = 2,9-103 / T [µm] (1)

gdzie T jest bezwzględną temperaturą ciała promieniującego, K.

Promieniowanie podczerwone dzieli się na trzy obszary:

fale krótkie (X = 0,7-1,4 mikrona);

fala średnia (k \u003d 1,4 - 3,0 mikrony):

fale długie (k = 3,0 μm - 1,0 mm).

Fale elektryczne z zakresu podczerwieni działają głównie cieplnie na organizm człowieka. W takim przypadku należy wziąć pod uwagę: intensywność i długość fali przy maksymalnej energii; napromieniowana powierzchnia; czas trwania narażenia na dzień roboczy i czas trwania narażenia ciągłego; intensywność pracy fizycznej i mobilność powietrza w miejscu pracy; jakość kombinezonów; indywidualne cechy pracownika.

Promienie krótkofalowe o długości fali λ ≤ 1,4 μm mają zdolność wnikania w tkankę ludzkiego ciała na kilka centymetrów. Takie promieniowanie podczerwone łatwo przenika przez skórę i czaszkę do tkanki mózgowej i może wpływać na komórki mózgowe, powodując poważne uszkodzenie mózgu, którego objawami są wymioty, zawroty głowy, rozszerzenie naczyń krwionośnych skóry, spadek ciśnienia krwi i zaburzenia krążenia krwi i oddychanie, drgawki, czasem utrata przytomności. Po napromieniowaniu krótkofalowymi promieniami podczerwonymi obserwuje się również wzrost temperatury płuc, nerek, mięśni i innych narządów. Specyficzne substancje biologicznie czynne pojawiają się we krwi, limfie, płynie mózgowo-rdzeniowym, obserwuje się zaburzenia metaboliczne i zmienia się stan funkcjonalny ośrodkowego układu nerwowego.

Promienie o średnim zakresie fal o długości fali λ = 1,4 - 3,0 mikronów zatrzymywane są w powierzchniowych warstwach skóry na głębokości 0,1 - 0,2 mm. Dlatego ich fizjologiczny wpływ na organizm objawia się głównie wzrostem temperatury skóry i ogrzewaniem ciała.

Najintensywniejsze nagrzewanie powierzchni skóry człowieka następuje przy promieniowaniu podczerwonym o λ > 3 µm. Pod jego wpływem zaburzona zostaje aktywność układu krążenia i oddechowego, a także równowaga cieplna organizmu, co może prowadzić do udaru cieplnego.

Intensywność promieniowania cieplnego jest regulowana na podstawie subiektywnego odczuwania energii promieniowania przez człowieka. Według GOST 12.1.005-88 intensywność narażenia termicznego pracowników od nagrzanych powierzchni urządzeń technologicznych i opraw oświetleniowych nie powinna przekraczać: 35 W / m2 przy ekspozycji na więcej niż 50% powierzchni ciała; 70 W/m2 przy ekspozycji od 25 do 50% powierzchni ciała; 100 W/m2 przy naświetlaniu nie więcej niż 25% powierzchni ciała. Ze źródeł otwartych (ogrzewany metal i szkło, otwarty płomień) intensywność ekspozycji termicznej nie powinna przekraczać 140 W/m2 przy ekspozycji nie większej niż 25% powierzchni ciała i obowiązkowym stosowaniu środków ochrony indywidualnej, w tym ochrony twarzy i oko.

Normy ograniczają również temperaturę nagrzewanych powierzchni sprzętu w obszarze roboczym, która nie powinna przekraczać 45 °C.

Temperatura powierzchni urządzenia, wewnątrz którego panuje temperatura bliska 100 0C, nie powinna przekraczać 35 0C.

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

Główne rodzaje ochrony przed promieniowaniem podczerwonym to:

1. ochrona czasu;

2. ochrona na odległość;

3. ekranowanie, izolacja termiczna lub chłodzenie gorących powierzchni;

4. wzrost wymiany ciepła ludzkiego ciała;

5. sprzęt ochrony osobistej;

6. eliminacja źródła ciepła.

Ochrona czasu zapewnia ograniczenie czasu spędzanego przez promieniowanie działające w obszarze promieniowania. Bezpieczny czas przebywania człowieka w strefie działania promieniowania podczerwonego zależy od jego natężenia (gęstości strumienia) i jest określany zgodnie z tabelą 1.

Tabela 1

Czas bezpiecznego przebywania ludzi w strefie promieniowania IR

Bezpieczną odległość określa wzór (2) w zależności od czasu przebywania w obszarze roboczym i dopuszczalnej gęstości promieniowania IR.

Moc promieniowania IR można zmniejszyć poprzez rozwiązania konstrukcyjne i technologiczne (wymiana trybu i sposobu ogrzewania produktów itp.), a także poprzez pokrycie powierzchni grzewczych materiałami termoizolacyjnymi.

Istnieją trzy rodzaje ekranów:

nieprzejrzysty;

· przezroczysty;

przeświecający.

W ekranach nieprzezroczystych energia drgań elektromagnetycznych oddziałujących z substancją ekranu zamienia się w ciepło. W tym przypadku ekran nagrzewa się i, jak każde ogrzane ciało, staje się źródłem promieniowania cieplnego. Promieniowanie powierzchni ekranu przeciwnej do źródła jest warunkowo uważane za promieniowanie przepuszczane źródła. Do ekranów nieprzezroczystych zaliczamy: metal, alfa (z folii aluminiowej), porowate (pianobeton, szkło piankowe, keramzyt, pumeks), azbest i inne.

W ekranach przezroczystych promieniowanie rozprzestrzenia się w ich wnętrzu zgodnie z prawami optyki geometrycznej, co zapewnia widoczność przez ekran. Ekrany te wykonywane są z różnego rodzaju szkła, stosuje się również kurtyny wodne foliowe (swobodne i spływające po szkle).

Ekrany półprzezroczyste łączą w sobie właściwości ekranów przezroczystych i nieprzeźroczystych. Należą do nich siatki metalowe, zasłony łańcuchowe, ekrany szklane wzmocnione siatką metalową.

· odbijające ciepło;

· ciepłochłonny;

rozpraszanie ciepła.

Podział ten jest dość arbitralny, ponieważ każdy ekran ma zdolność odbijania, pochłaniania i odprowadzania ciepła. Przypisanie ekranu do jednej lub drugiej grupy zależy od tego, która z jego zdolności jest bardziej wyraźna.

Ekrany odbijające ciepło charakteryzują się niskim stopniem zaczernienia powierzchni, w wyniku czego odbijają znaczną część energii promieniowania padającej na nie w przeciwnym kierunku. Alfol, blacha aluminiowa, stal ocynkowana są stosowane jako materiały odbijające ciepło.

Ekrany ciepłochłonne nazywane są ekranami wykonanymi z materiałów o wysokiej odporności termicznej (niska przewodność cieplna). Jako materiały pochłaniające ciepło stosuje się cegły ogniotrwałe i termoizolacyjne, azbest i wełnę żużlową.

Jako ekrany odprowadzające ciepło najczęściej stosuje się kurtyny wodne, swobodnie opadające w postaci folii lub nawadniające inną powierzchnię ekranującą (np. metalową) lub zamknięte w specjalnej obudowie wykonanej ze szkła lub metalu.

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

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

q3 gęstość strumienia promieniowania podczerwonego z zastosowaniem osłony, W/m2;

t jest temperaturą promieniowania podczerwonego bez zastosowania ochrony, °C;

t3 to temperatura promieniowania podczerwonego z zastosowaniem osłony, °С.

Strumień powietrza skierowany bezpośrednio na pracownika pozwala na zwiększenie odprowadzania ciepła z jego ciała do otoczenia. Wybór natężenia przepływu powietrza zależy od ciężkości wykonywanej pracy i natężenia promieniowania podczerwonego, ale nie powinien przekraczać 5 m / s, ponieważ w tym przypadku pracownik odczuwa dyskomfort (na przykład szum w uszach). Skuteczność natrysków powietrznych wzrasta, gdy powietrze kierowane do miejsca pracy jest schładzane lub gdy dodawana jest do niego drobno rozpylona woda (prysznic wodno-powietrzny).

Jako środki ochrony osobistej stosuje się kombinezony wykonane z tkanin bawełnianych i wełnianych, tkaniny z powłoką metalową (odbijające do 90% promieniowania IR). Gogle, osłony ze specjalnymi okularami przeznaczone są do ochrony oczu - filtry świetlne o barwie żółto-zielonej lub niebieskiej.

Środki terapeutyczne i zapobiegawcze zapewniają organizację racjonalnego reżimu pracy i odpoczynku. Czas trwania przerw w pracy i ich częstotliwość są określane przez natężenie promieniowania IR oraz intensywność pracy. Wraz z okresowymi badaniami przeprowadzane są badania lekarskie mające na celu zapobieganie chorobom zawodowym.

III. Używane instrumenty.

Aby zmierzyć gęstość strumieni ciepła przechodzących przez przegrody budowlane i sprawdzić właściwości osłon termicznych, nasi specjaliści opracowali urządzenia z serii .

Obszar zastosowań:

Urządzenia serii IPP-2 znajdują szerokie zastosowanie w budownictwie, organizacjach naukowych, na różnych obiektach energetycznych oraz w wielu innych gałęziach przemysłu.

Pomiar gęstości strumienia ciepła, jako wskaźnika właściwości termoizolacyjnych różnych materiałów, odbywa się za pomocą urządzeń serii IPP-2 przy:

Testowanie konstrukcji otaczających;

Wyznaczanie strat ciepła w wodnych sieciach ciepłowniczych;

Wykonywanie prac laboratoryjnych na uczelniach (wydziały „Bezpieczeństwo życia”, „Ekologia przemysłowa” itp.).

Na rysunku przedstawiono stanowisko prototypowe „Określanie parametrów powietrza w obszarze roboczym i ochrona przed skutkami termicznymi” BZhZ 3 (prod. Intos + LLC).

Stanowisko zawiera źródło promieniowania cieplnego w postaci reflektora domowego, przed którym montowana jest osłona termiczna wykonana z różnych materiałów (tkanina, blacha, komplet łańcuszków itp.). Za ekranem w różnych odległościach od niego wewnątrz modelu pomieszczenia znajduje się urządzenie IPP-2, które mierzy gęstość strumienia ciepła. Nad modelem pokojowym umieszczony jest okap z wentylatorem. Miernik IPP-2 posiada dodatkowy czujnik, który umożliwia pomiar temperatury powietrza wewnątrz pomieszczenia. Stanowisko BZhZ 3 umożliwia zatem ilościową ocenę skuteczności różnych rodzajów ochrony termicznej oraz lokalnej wentylacji.

Stanowisko umożliwia pomiar natężenia promieniowania cieplnego w zależności od odległości od źródła, w celu określenia skuteczności właściwości ochronnych ekranów wykonanych z różnych materiałów.

IV. Zasada działania i budowa urządzenia IPP-2.

Strukturalnie jednostka pomiarowa urządzenia wykonana jest w plastikowej obudowie.

Zasada działania urządzenia opiera się na pomiarze różnicy temperatur na „ścianie pomocniczej”. Wielkość różnicy temperatur jest proporcjonalna do gęstości strumienia ciepła. Różnica temperatur jest mierzona za pomocą termopary taśmowej umieszczonej wewnątrz płytki sondy, która działa jak „ścianka pomocnicza”.

W trybie pracy przyrząd wykonuje cykliczny pomiar wybranego parametru. Dokonuje się przejścia między trybami pomiaru gęstości strumienia ciepła i temperatury, a także wskazywania naładowania akumulatora w procentach 0% ... 100%. Podczas przełączania między trybami na wskaźniku wyświetlany jest odpowiedni napis wybranego trybu. Urządzenie może również wykonywać okresową automatyczną rejestrację wartości mierzonych w pamięci nieulotnej w odniesieniu do czasu. Włączenie/wyłączenie rejestracji statystyk, ustawienie parametrów rejestracji, odczyt zgromadzonych danych odbywa się za pomocą oprogramowania dostarczonego na zamówienie.

Osobliwości:

  • Możliwość ustawienia progów dla alarmów dźwiękowych i świetlnych. Progi to górna lub dolna granica dopuszczalnej zmiany odpowiedniej wartości. W przypadku przekroczenia górnej lub dolnej wartości progowej urządzenie wykrywa to zdarzenie i dioda LED zapala się na wskaźniku. Jeżeli urządzenie jest odpowiednio skonfigurowane, przekroczeniu progów towarzyszy sygnał dźwiękowy.

· Transfer zmierzonych wartości do komputera przez interfejs RS 232.

Zaletą urządzenia jest możliwość naprzemiennego podłączenia do 8 różnych sond przepływu ciepła do urządzenia. Każda sonda (czujnik) ma swój indywidualny współczynnik kalibracji (współczynnik konwersji Kq), pokazujący, jak bardzo zmienia się napięcie z czujnika względem strumienia cieplnego. Współczynnik ten jest używany przez przyrząd do skonstruowania charakterystyki kalibracji sondy, która określa aktualną zmierzoną wartość strumienia cieplnego.

Modyfikacje sond do pomiaru gęstości strumienia ciepła:

Sondy strumienia ciepła są przeznaczone do pomiaru gęstości strumienia ciepła na powierzchni zgodnie z GOST 25380-92.

Wygląd sond przepływu ciepła

1. Sonda strumienia ciepła typu PTP-ХХХП ze sprężyną dostępna jest w następujących modyfikacjach (w zależności od zakresu pomiaru gęstości strumienia ciepła):

— PTP-2.0P: od 10 do 2000 W/m2;

— PTP-9.9P: od 10 do 9999 W/m2.

2. Sonda przepływu ciepła w formie „monety” na elastycznym przewodzie PTP-2.0.

Zakres pomiaru gęstości strumienia ciepła: od 10 do 2000 W/m2.

Modyfikacje sondy temperatury:

Wygląd sond temperatury

1. Termopary zanurzeniowe TPP-A-D-L na bazie termistora Pt1000 (termopary oporowe) oraz termoelementy ТХА-А-D-L na bazie termopar XА (termopary elektryczne) przeznaczone są do pomiaru temperatury różnych mediów ciekłych i gazowych oraz materiałów sypkich.

Zakres pomiaru temperatury:

- dla Izby Przemysłowo-Handlowej A-D-L: od -50 do +150 °С;

- dla ТХА-А-D-L: od -40 do +450 °С.

Wymiary:

- D (średnica): 4, 6 lub 8 mm;

- L (długość): od 200 do 1000 mm.

2. Termopara ТХА-А-D1/D2-LП oparta na termoparze XА (termopara elektryczna) przeznaczona jest do pomiaru temperatury powierzchni płaskiej.

Wymiary:

- D1 (średnica „metalowego kołka”): 3 mm;

- D2 (średnica podstawy - "łatka"): 8 mm;

- L (długość „metalowego kołka”): 150 mm.

3. Termopara ТХА-А-D-LC oparta na termoparze XА (termopara elektryczna) przeznaczona jest do pomiaru temperatury powierzchni cylindrycznych.

Zakres pomiaru temperatury: od -40 do +450 °С.

Wymiary:

- D (średnica) - 4 mm;

- L (długość „metalowego kołka”): 180 mm;

- szerokość taśmy - 6 mm.

W skład kompletu dostawy przyrządu do pomiaru gęstości obciążenia cieplnego medium wchodzą:

2. Sonda do pomiaru gęstości strumienia ciepła.*

3. Sonda temperatury.*

4. Oprogramowanie.**

5. Kabel do podłączenia do komputera osobistego. **

6. Certyfikat kalibracji.

7. Instrukcja obsługi i paszport urządzenia IPP-2.

8. Paszport do przetworników termoelektrycznych (sondy temperatury).

9. Paszport do sondy gęstości strumienia cieplnego.

10. Karta sieciowa.

* - Zakresy pomiarowe i konstrukcja sondy ustalane są na etapie zamówienia

** - Pozycje dostarczane są na specjalne zamówienie.

V. Przygotowanie urządzenia do pracy i wykonanie pomiarów.

Przygotowanie urządzenia do pracy.

Wyjmij urządzenie z opakowania. Jeżeli urządzenie zostanie przeniesione do ciepłego pomieszczenia z zimnego, konieczne jest pozostawienie urządzenia do nagrzania do temperatury pokojowej przez 2 godziny. Całkowicie naładuj baterię w ciągu czterech godzin. Umieść sondę w miejscu, w którym będą wykonywane pomiary. Podłącz sondę do przyrządu. Jeżeli urządzenie ma pracować w połączeniu z komputerem osobistym, konieczne jest podłączenie urządzenia do wolnego portu COM komputera za pomocą kabla połączeniowego. Podłącz kartę sieciową do urządzenia i zainstaluj oprogramowanie zgodnie z opisem. Włącz urządzenie poprzez krótkie naciśnięcie przycisku. W razie potrzeby wyreguluj urządzenie zgodnie z pkt 2.4.6. Instrukcje obsługi. Podczas pracy z komputerem osobistym należy ustawić adres sieciowy i kurs wymiany urządzenia zgodnie z paragrafem 2.4.8. Instrukcje obsługi. Rozpocznij pomiar.

Poniżej schemat przełączania w trybie „Praca”.

Przygotowanie i wykonanie pomiarów podczas badań termicznych przegród budowlanych.

1. Pomiar gęstości strumienia ciepła odbywa się z reguły od wewnątrz otaczających konstrukcji budynków i budowli.

Dopuszcza się pomiar gęstości strumieni ciepła z zewnątrz otaczających konstrukcji, jeżeli nie można zmierzyć ich od wewnątrz (środowisko agresywne, wahania parametrów powietrza), pod warunkiem utrzymania stabilnej temperatury na powierzchni. Kontrola warunków wymiany ciepła odbywa się za pomocą sondy temperatury i środków do pomiaru gęstości strumienia ciepła: przy pomiarze przez 10 minut. ich odczyty muszą mieścić się w granicach błędu pomiarowego przyrządów.

2. Powierzchnie dobierane są specyficzne lub charakterystyczne dla całej badanej przegród zewnętrznych budynku, w zależności od potrzeby pomiaru lokalnej lub średniej gęstości strumienia ciepła.

Obszary wybrane na konstrukcji otaczającej do pomiarów muszą mieć warstwę wierzchnią z tego samego materiału, taką samą obróbkę i stan powierzchni, te same warunki dla promieniowania cieplnego i nie powinny znajdować się w bliskiej odległości od elementów, które mogą zmieniać kierunek i wartość przepływów ciepła.

3. Powierzchnie struktur otaczających, na których zainstalowany jest konwerter strumienia ciepła, są oczyszczane do usunięcia widocznej i wyczuwalnej w dotyku chropowatości.

4. Przetwornik jest mocno dociskany na całej swojej powierzchni do otaczającej konstrukcji i mocowany w tej pozycji, zapewniając stały kontakt przetwornika strumienia ciepła z powierzchnią badanych obszarów podczas wszystkich kolejnych pomiarów.

Podczas montażu przetwornika między nim a otaczającą konstrukcją, tworzenie szczelin powietrznych jest niedopuszczalne. Aby je wykluczyć, na powierzchnię w miejscach pomiaru nakłada się cienką warstwę wazeliny technicznej, zakrywając nierówności powierzchni.

Przetwornik można zamocować wzdłuż jego powierzchni bocznej za pomocą roztworu gipsu budowlanego, wazeliny technicznej, plasteliny, pręta ze sprężyną i innych środków wykluczających zniekształcenie strumienia ciepła w strefie pomiarowej.

5. Podczas eksploatacyjnych pomiarów gęstości strumienia ciepła luźna powierzchnia przetwornika jest sklejana warstwą materiału lub malowana farbą o takim samym lub podobnym stopniu emisyjności z różnicą 0,1 jak materiał powierzchni warstwa otaczającej struktury.

6. Czytnik znajduje się w odległości 5-8 m od miejsca pomiaru lub w sąsiednim pomieszczeniu, aby wykluczyć wpływ obserwatora na wartość strumienia ciepła.

7. W przypadku korzystania z urządzeń do pomiaru siły elektromotorycznej, które mają ograniczenia dotyczące temperatury otoczenia, umieszcza się je w pomieszczeniu o temperaturze powietrza akceptowalnej dla działania tych urządzeń, a konwerter strumienia ciepła jest do nich podłączony za pomocą przedłużaczy.

8. Sprzęt według zastrzeżenia 7 jest przygotowany do działania zgodnie z instrukcją obsługi odpowiedniego urządzenia, w tym z uwzględnieniem niezbędnego czasu ekspozycji urządzenia w celu ustalenia w nim nowego reżimu temperatury.

Przygotowywanie i wykonywanie pomiarów

(podczas prac laboratoryjnych na przykładzie pracy laboratoryjnej „Badania środków ochrony przed promieniowaniem podczerwonym”).

Podłącz źródło podczerwieni do gniazda. Włącz źródło promieniowania IR (górna część) oraz miernik gęstości strumienia ciepła IPP-2.

Zamontuj głowicę miernika gęstości strumienia ciepła w odległości 100 mm od źródła promieniowania IR i wyznacz gęstość strumienia ciepła (wartość średnia z trzech do czterech pomiarów).

Ręcznie przesuń statyw po linijce, ustawiając głowicę pomiarową w odległości od źródła promieniowania wskazanej w tabeli 1 i powtórz pomiary. Wprowadź dane pomiarowe w postaci tabeli 1.

Skonstruuj wykres zależności gęstości strumienia IR od odległości.

Powtórz pomiary zgodnie z paragrafami. 1 - 3 z różnymi Danymi pomiarów do wprowadzenia w formie tabeli 1. Skonstruuj wykresy zależności gęstości strumienia promieniowania IR od odległości dla każdego ekranu.

Formularz tabeli 1

Oceń skuteczność ochronnego działania ekranów według wzoru (3).

Zamontuj ekran ochronny (zgodnie z zaleceniami nauczyciela), umieść na nim szeroką szczotkę odkurzacza. Włącz odkurzacz w trybie wlotu powietrza, symulując urządzenie wentylacyjne wyciągowe, a po 2-3 minutach (po ustaleniu reżimu termicznego ekranu) określ intensywność promieniowania cieplnego w takich samych odległościach jak w punkcie 3. Oceń skuteczność połączonej ochrony termicznej według wzoru (3).

Zależność natężenia promieniowania cieplnego od odległości dla danego ekranu w trybie wentylacji wywiewnej należy wykreślić na wykresie ogólnym (patrz punkt 5).

Wyznacz skuteczność ochrony mierząc temperaturę dla danego ekranu z wentylacją wyciągową i bez, korzystając ze wzoru (4).

Skonstruuj wykresy skuteczności ochrony wentylacji wyciągowej i bez niej.

Przełącz odkurzacz w tryb dmuchawy i włącz go. Kierując strumień powietrza na powierzchnię danego ekranu ochronnego (tryb natrysku) powtórzyć pomiary zgodnie z pkt. 7 - 10. Porównaj wyniki pomiarów z paragrafów. 7-10.

Zamocuj wąż odkurzacza na jednym ze stojaków i włącz odkurzacz w trybie „dmuchawy”, kierując strumień powietrza niemal prostopadle do strumienia ciepła (lekko w kierunku) – imitacja kurtyny powietrznej. Za pomocą miernika IPP-2 zmierz temperaturę promieniowania podczerwonego bez iz „dmuchawą”.

Skonstruuj wykresy skuteczności ochrony „dmuchawy” według wzoru (4).

VI. Wyniki pomiarów i ich interpretacja

(na przykładzie pracy laboratoryjnej na temat „Badania środków ochrony przed promieniowaniem podczerwonym” na jednej z uczelni technicznych w Moskwie).

Stół. Kominek elektryczny EXP-1,0/220. Stojak do umieszczania wymiennych ekranów. Stojak do montażu głowicy pomiarowej. Miernik gęstości strumienia cieplnego IPP-2M. Linijka. Odkurzacz Typhoon-1200.

Natężenie (gęstość strumienia) promieniowania podczerwonego q określa wzór:

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

gdzie S jest polem powierzchni promieniującej, m2;

T jest temperaturą powierzchni promieniującej, K;

r to odległość od źródła promieniowania, m.

Jednym z najczęstszych rodzajów ochrony przed promieniowaniem IR jest ekranowanie powierzchni promieniujących.

Istnieją trzy rodzaje ekranów:

nieprzejrzysty;

· przezroczysty;

przeświecający.

Zgodnie z zasadą działania ekrany dzielą się na:

· odbijające ciepło;

· ciepłochłonny;

rozpraszanie ciepła.

Tabela 1

Skuteczność ochrony przed promieniowaniem cieplnym za pomocą ekranów E określają wzory:

E \u003d (q - q3) / q

gdzie q jest gęstością strumienia promieniowania IR bez ochrony, W/m2;

q3 to gęstość strumienia promieniowania IR z zastosowaniem osłony, W/m2.

Rodzaje ekranów ochronnych (nieprzezroczyste):

1. Ekran mieszany - kolczuga.

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

2. Metalowy ekran o poczerniałej powierzchni.

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

3. Odbijający ciepło ekran aluminiowy.

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

Wykreślmy zależność gęstości strumienia IR od odległości dla każdego ekranu.

Bez ochrony

Jak widać, skuteczność działania ochronnego ekranów jest różna:

1. Minimalny efekt ochronny ekranu mieszanego - kolczuga - 0,63;

2. Ekran aluminiowy o wyczernionej powierzchni - 0,86;

3. Odbijający ciepło ekran aluminiowy ma największy efekt ochronny - 0,99.

Przy ocenie wydajności cieplnej przegród i konstrukcji budynków oraz ustalaniu rzeczywistego zużycia ciepła przez zewnętrzne przegródki budynków stosuje się następujące główne dokumenty regulacyjne:

· GOST 25380-82. Metoda pomiaru gęstości strumieni ciepła przechodzących przez przegrody budowlane.

Podczas oceny wydajności cieplnej różnych środków ochrony przed promieniowaniem podczerwonym stosuje się następujące główne dokumenty regulacyjne:

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Powietrze w miejscu pracy. Ogólne wymagania sanitarno-higieniczne.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Środki ochrony przed promieniowaniem podczerwonym. Klasyfikacja. Ogólne wymagania techniczne.

· GOST 12.4.123-83 „System standardów bezpieczeństwa pracy. Środki ochrony zbiorowej przed promieniowaniem podczerwonym. Ogólne wymagania techniczne".

Nazywa się ilość ciepła przechodzącego przez daną powierzchnię w jednostce czasu strumień ciepła Q, W .

Nazywa się ilość ciepła na jednostkę powierzchni na jednostkę czasu gęstość strumienia ciepła lub specyficzny strumień ciepła i charakteryzuje intensywność wymiany ciepła.

Gęstość strumienia ciepła q, jest skierowany wzdłuż normalnej do powierzchni izotermicznej w kierunku przeciwnym do gradientu temperatury, czyli w kierunku malejącej temperatury.

Jeśli dystrybucja jest znana q na powierzchni F, to całkowita ilość ciepła Qτ przeszedł przez tę powierzchnię w czasie τ , można znaleźć według równania:

a strumień ciepła:

Jeśli wartość q jest stała na rozważanej powierzchni, to:

Prawo Fouriera

To prawo określa wielkość przepływu ciepła podczas przenoszenia ciepła przez przewodzenie ciepła. Francuski naukowiec J.B. Fouriera w 1807 ustalił, że gęstość strumienia ciepła przez powierzchnię izotermiczną jest proporcjonalna do gradientu temperatury:

Znak minus (9.6) wskazuje, że przepływ ciepła jest skierowany w kierunku przeciwnym do gradientu temperatury (patrz rys. 9.1.).

Gęstość strumienia ciepła w dowolnym kierunku ja przedstawia rzut na ten kierunek strumienia ciepła w kierunku normalnej:

Współczynnik przewodności cieplnej

Współczynnik λ , W/(m·K), w równaniu Fouriera jest liczbowo równa gęstości strumienia ciepła, gdy temperatura spada o jeden Kelvin (stopień) na jednostkę długości. Współczynnik przewodzenia ciepła różnych substancji zależy od ich właściwości fizycznych. Dla określonego ciała wartość współczynnika przewodzenia ciepła zależy od budowy ciała, jego masy objętościowej, wilgotności, składu chemicznego, ciśnienia, temperatury. W obliczeniach technicznych wartość λ zaczerpniętych z tabel referencyjnych i należy zapewnić, aby warunki, dla których podana jest w tabeli wartość współczynnika przewodzenia ciepła, odpowiadały warunkom obliczonego problemu.

Współczynnik przewodzenia ciepła zależy szczególnie silnie od temperatury. Dla większości materiałów, jak pokazuje doświadczenie, zależność tę można wyrazić wzorem liniowym:

gdzie λ o - współczynnik przewodności cieplnej w 0 °C;

β - współczynnik temperatury.

Współczynnik przewodzenia ciepła gazów, aw szczególności pary silnie zależą od ciśnienia. Wartość liczbowa współczynnika przewodzenia ciepła dla różnych substancji zmienia się w bardzo szerokim zakresie - od 425 W/(m·K) dla srebra, do wartości rzędu 0,01 W/(m·K) dla gazów. Tłumaczy się to tym, że mechanizm przenoszenia ciepła przez przewodnictwo cieplne w różnych mediach fizycznych jest inny.


Metale mają najwyższą wartość przewodnictwa cieplnego. Przewodność cieplna metali spada wraz ze wzrostem temperatury i gwałtownie spada w obecności zanieczyszczeń i pierwiastków stopowych. Tak więc przewodność cieplna czystej miedzi wynosi 390 W/(m·K), a miedzi ze śladami arsenu 140 W/(m·K). Przewodność cieplna czystego żelaza wynosi 70 W/(m·K), stali z 0,5% węgla – 50 W/(m·K), stali stopowej z 18% chromu i 9% niklu – tylko 16 W/(m·K).

Zależność przewodności cieplnej niektórych metali od temperatury pokazano na ryc. 9.2.

Gazy mają niską przewodność cieplną (rzędu 0,01...1 W/(m·K)), która silnie wzrasta wraz ze wzrostem temperatury.

Przewodność cieplna cieczy pogarsza się wraz ze wzrostem temperatury. Wyjątkiem jest woda i glicerol. Generalnie współczynnik przewodzenia ciepła spadających cieczy (wody, oleju, gliceryny) jest wyższy niż gazów, ale niższy niż ciał stałych i wynosi od 0,1 do 0,7 W/(m·K).

Ryż. 9.2. Wpływ temperatury na przewodność cieplną metali

1 Podstawowe pojęcia i definicje - pole temperatury, gradient, strumień ciepła, gęstość strumienia ciepła (q, Q), prawo Fouriera.

pole temperatury– zbiór wartości temperatur we wszystkich punktach badanej przestrzeni dla każdej chwili czasu..gif" width="131" height="32 src=">

Ilość ciepła, W, przechodzącego w jednostce czasu przez izotermiczną powierzchnię obszaru F, nazywa się Przepływ ciepła i jest określana z wyrażenia: https://pandia.ru/text/78/654/images/image004_12.gif" width="15" height="32">, W/m2, nazywa się gęstość strumienia ciepła: .

Zależność między ilością ciepła dQ, J, które w czasie dt przechodzi przez elementarną powierzchnię dF znajdującą się na powierzchni izotermicznej, a gradientem temperatury dt/dn określa prawo Fouriera: .

2. Równanie przewodnictwa cieplnego, warunki jednoznaczności.

Równanie różniczkowe przewodzenia ciepła wyprowadza się przy następujących założeniach:

Ciało jest jednorodne i izotropowe;

Parametry fizyczne są stałe;

Odkształcenie rozważanej objętości, związane ze zmianą temperatury, jest bardzo małe w porównaniu z samą objętością;


Wewnętrzne źródła ciepła w ciele, które w ogólnym przypadku można podać jako , są równomiernie rozłożone.

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

Równanie różniczkowe przewodzenia ciepła ustala związek między czasowymi i przestrzennymi zmianami temperatury w dowolnym punkcie ciała, w którym zachodzi proces przewodzenia ciepła.

Jeśli przyjmiemy stałą charakterystyki termofizycznej, którą przyjęto przy wyprowadzaniu równania, to difur przyjmuje postać: https://pandia.ru/text/78/654/images/image011_4.gif" width="51" height=" 44"> - współczynnik dyfuzyjności cieplnej.

oraz , gdzie jest operatorem Laplace'a w kartezjańskim układzie współrzędnych.

Następnie .

Warunki niepowtarzalności lub warunki brzegowe obejmują:

terminy geometryczne,

3. Przewodność cieplna w murze (warunki brzegowe I rodzaju).

Przewodność cieplna ściany jednowarstwowej.

Rozważ jednorodną płaską ścianę o grubości d. Stałe w czasie temperatury tc1 i tc2 są utrzymywane na zewnętrznych powierzchniach ściany. Przewodność cieplna materiału ściennego jest stała i równa l.

W trybie stacjonarnym dodatkowo temperatura zmienia się tylko w kierunku prostopadłym do płaszczyzny stosu (oś 0x): ..gif" width="129" height="47">

Określmy gęstość strumienia ciepła przez płaską ścianę. Zgodnie z prawem Fouriera przy uwzględnieniu równości (*) możemy napisać: .

Stąd (**).

Różnica temperatur w równaniu (**) nazywa się różnica temperatur. Z tego równania widać, że gęstość strumienia ciepła q zmienia się wprost proporcjonalnie do przewodności cieplnej l i różnicy temperatur Dt i odwrotnie proporcjonalnie do grubości ścianki d.

Stosunek nazywa się przewodnością cieplną ściany, a jego odwrotność to https://pandia.ru/text/78/654/images/image023_1.gif" width="213" height="25">.

Przewodność cieplną l należy przyjąć przy średniej temperaturze ściany.

Przewodność cieplna ściany wielowarstwowej.

Dla każdej warstwy: ; ; https://pandia.ru/text/78/654/images/image027_1.gif" width="433" height="87 src=">

Aby porównać właściwości przewodzenia ciepła wielowarstwowej płaskiej ściany z właściwościami materiałów jednorodnych, wprowadzono koncepcję równoważna przewodność cieplna. Jest to przewodność cieplna ściany jednowarstwowej, której grubość jest równa grubości rozważanej ściany wielowarstwowej, tj.gif" width="331" height="52">

Stąd mamy:

.

4. Przenikanie ciepła przez płaską ścianę (warunki brzegowe III rodzaju).

Przenoszenie ciepła z jednego poruszającego się medium (cieczy lub gazu) do drugiego przez oddzielającą je solidną ścianę o dowolnym kształcie nazywa się przenoszeniem ciepła. Cechy procesu na granicach ściany podczas wymiany ciepła charakteryzują warunki brzegowe trzeciego rodzaju, które wyznaczają wartości temperatury cieczy po jednej i drugiej stronie ściany, a także odpowiednie wartości współczynników przenikania ciepła.

Rozważmy stacjonarny proces wymiany ciepła przez nieskończoną jednorodną płaską ścianę o grubości d. Podano przewodność cieplną ściany l, temperatury otoczenia tl1 i tl2, współczynniki przenikania ciepła a1 i a2. Konieczne jest wyznaczenie strumienia ciepła od gorącej cieczy do zimnej oraz temperatury na powierzchniach ścian tc1 i tc2. Gęstość strumienia ciepła od gorącego medium do ściany określa równanie: . Ten sam strumień ciepła jest przenoszony przez przewodzenie ciepła przez litą ścianę: i od drugiej powierzchni ściany do zimnego środowiska: DIV_ADBLOCK119">


Następnie https://pandia.ru/text/78/654/images/image035_0.gif" width="128" height="75 src="> - współczynnik przenikania ciepła, wartość liczbowa k wyraża ilość ciepła przechodzącego przez jednostkę powierzchni ściany w jednostce czasu pr różnica temperatur pomiędzy gorącym i zimnym medium wynosi 1K i ma taką samą jednostkę miary jak współczynnik przenikania ciepła, J / (s * m2K) lub W/(m2K).

Odwrotność współczynnika przenikania ciepła nazywa się odporność termiczna na przenikanie ciepła:.

https://pandia.ru/text/78/654/images/image038_0.gif" width="37" height="25"> opór cieplny przewodności cieplnej.

Do ściany warstwowej .

Gęstość strumienia ciepła przez ścianę wielowarstwową: .

Strumień ciepła Q, W, przechodzący przez płaską ścianę o powierzchni F, jest równy: .

Temperaturę na granicy dowolnych dwóch warstw w warunkach brzegowych trzeciego rodzaju można określić za pomocą równania . Możesz również określić temperaturę graficznie.

5. Przewodność cieplna w ścianie cylindrycznej (warunki brzegowe I rodzaju).

Rozważmy stacjonarny proces przewodzenia ciepła przez jednorodną cylindryczną ścianę (rurę) o długości l o promieniu wewnętrznym r1 i zewnętrznym r2. Przewodność cieplna materiału ściennego l jest wartością stałą. Na powierzchni ściany ustawione są stałe temperatury tc1 i tc2.

W przypadku (l>>r) powierzchnie izotermiczne będą cylindryczne, a pole temperatury jednowymiarowe. Oznacza to, że t=f(r), gdzie r jest aktualną współrzędną układu cylindrycznego, r1£r£r2..gif" width="113" height="48">.

Wprowadzenie nowej zmiennej pozwala sprowadzić równanie do postaci: https://pandia.ru/text/78/654/images/image047.gif" width="107" height="25"> mamy :

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

Podstawiając wartości C1 i C2 do równania , otrzymujemy:

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

To wyrażenie jest równaniem krzywej logarytmicznej. W konsekwencji, wewnątrz jednorodnej cylindrycznej ściany przy stałej wartości przewodności cieplnej, temperatura zmienia się zgodnie z prawem logarytmicznym.

Aby znaleźć ilość ciepła przechodzącego przez cylindryczną powierzchnię ściany F w jednostce czasu, możesz użyć prawa Fouriera:

Podstawiając do równania prawa Fouriera wartość gradientu temperatury zgodnie z równaniem otrzymujemy: (*) ® Wartość Q nie zależy od grubości ścianki, ale od stosunku jej średnicy zewnętrznej do wewnętrznej.

Jeśli odniesiesz strumień ciepła na jednostkę długości ściany cylindrycznej, to równanie (*) można zapisać jako https://pandia.ru/text/78/654/images/image056.gif" width="67" height= "52 src="> to opór cieplny przewodności cieplnej ściany cylindrycznej.

Dla wielowarstwowej ściany cylindrycznej https://pandia.ru/text/78/654/images/image058.gif" width="225" height="57 src=">.

6. Przenikanie ciepła przez ścianę cylindryczną (warunki brzegowe III rodzaju).

Rozważmy jednorodną cylindryczną ścianę o dużej długości o wewnętrznej średnicy d1, zewnętrznej średnicy d2 i stałej przewodności cieplnej. Podano wartości temperatury czynnika gorącego tl1 i zimnego tl2 oraz współczynniki przenikania ciepła a1 i a2. dla trybu stacjonarnego możemy napisać:

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

gdzie - liniowy współczynnik przenikania ciepła, charakteryzuje intensywność przekazywania ciepła z jednej cieczy do drugiej przez oddzielającą je ścianę; liczbowo równa ilości ciepła, która przechodzi z jednego ośrodka do drugiego przez ścianę rury o długości 1 m na jednostkę czasu z różnicą temperatur między nimi 1 K.

Odwrotność liniowego współczynnika przenikania ciepła nazywa się liniowy opór cieplny na wymianę ciepła.

W przypadku ściany wielowarstwowej liniowy opór cieplny na przenikanie ciepła jest sumą liniowych oporów cieplnych na przenikanie ciepła i sumą liniowych oporów cieplnych na przewodność cieplną warstw.

Temperatury na granicy warstw: 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=">

gdzie współczynnik przenikania ciepła dla ściany kulowej.

Odwrotność współczynnika przenikania ciepła ściany kulistej nazywa się odporność termiczna na przenoszenie ciepła ściany kulistej.

Warunki graniczneuprzejmie.

Niech będzie kula z wewnętrznymi i zewnętrznymi promieniami powierzchni r1 i r2, stałym przewodnictwem cieplnym i przy danych równomiernie rozłożonych temperaturach powierzchni tc1 i tc2.

W tych warunkach temperatura zależy tylko od promienia r. Zgodnie z prawem Fouriera strumień ciepła przez ścianę kulistą jest równy: .

Całkowanie równania daje następujący rozkład temperatury w warstwie kulistej:

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

Stąd , d - grubość ścianki.

Rozkład temperatury: ® przy stałej przewodności cieplnej temperatura w kulistej ścianie zmienia się zgodnie z prawem hiperbolicznym.

8. Odporność termiczna.

Ściana płaska jednowarstwowa:

Warunki brzegowe I rodzaju

Stosunek nazywa się przewodnością cieplną ściany, a jego odwrotność to https://pandia.ru/text/78/654/images/image036_0.gif" width="349" height="55">.

Jednowarstwowa ściana cylindryczna:

Warunki brzegowe I rodzaju

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

Warunki brzegowe III rodzaju

Liniowy opór cieplny na przenikanie ciepła: https://pandia.ru/text/78/654/images/image078.gif" width="249" height="53"> (ściana wielowarstwowa)

9. Krytyczna średnica izolacji.

Rozważmy przypadek, w którym rura pokryta jest jednowarstwową izolacją termiczną o średnicy zewnętrznej d3. zakładając podane i stałe współczynniki przenikania ciepła a1 i a2, temperatury obu cieczy tl1 i tl2, przewodność cieplną rury l1 i izolacji l2.

Zgodnie z równaniem , wyrażenie na liniowy opór cieplny na przenikanie ciepła przez dwuwarstwową ścianę cylindryczną ma postać: https://pandia.ru/text/78/654/images/image080.gif" width="72" height=" 52 src="> wzrośnie, a termin zmniejszy się. Innymi słowy, zwiększenie średnicy zewnętrznej izolacji pociąga za sobą wzrost oporu cieplnego na przewodność cieplną izolacji i zmniejszenie oporu cieplnego na przenikanie ciepła na jego powierzchnia zewnętrzna. To ostatnie wynika ze zwiększenia powierzchni zewnętrznej powierzchni.

Ekstremum funkcji Rl – – średnica krytyczna oznaczony jako dcr. Służy jako wskaźnik przydatności materiału do zastosowania jako izolacja termiczna dla rury o danej średnicy zewnętrznej d2 przy zadanym współczynniku przenikania ciepła a2.

10. Dobór izolacji termicznej w zależności od średnicy krytycznej.

Patrz pytanie 9. Średnica izolacji musi przekraczać średnicę krytyczną izolacji.

11. Przenikanie ciepła przez użebrowaną ścianę. Czynnik Finning.

Rozważ użebrowaną ścianę o grubości d i przewodności cieplnej l. Po stronie gładkiej pole powierzchni to F1, a po stronie żebrowanej F2. ustala się stałe w czasie temperatury tl1 i tl2 oraz współczynniki przenikania ciepła a1 i a2.

Oznaczmy temperaturę gładkiej powierzchni jako tc1. Załóżmy, że temperatury powierzchni żeber i samej ściany są takie same i równe tc2. Takie założenie, ogólnie rzecz biorąc, nie odpowiada rzeczywistości, ale upraszcza obliczenia i jest często stosowane.

Gdy tl1 > tl2, dla strumienia ciepła Q można zapisać następujące wyrażenia:

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

gdzie współczynnik przenikania ciepła dla ściany użebrowanej.

Obliczając gęstość strumienia ciepła na jednostkę powierzchni ściany bez użebrowania otrzymujemy: . k1 jest współczynnikiem przenikania ciepła odniesionym do nieżebrowanej powierzchni ściany.

Nazywa się stosunek powierzchni żebrowanej powierzchni do powierzchni gładkiej powierzchni F2/F1 współczynnik płetw.

12. Niestacjonarne przewodnictwo cieplne. Punkt przewodni. Fizyczne znaczenie Bi, Fo.

Przewodnictwo cieplne niestacjonarne to proces, w którym temperatura w danym punkcie ciała stałego zmienia się w czasie, a zbiór temperatur wskazanych tworzy niestacjonarne pole temperatury, którego wyznaczenie jest głównym zadaniem niestacjonarnej przewodności cieplnej. przewodność. Przejściowe procesy przewodzenia ciepła mają ogromne znaczenie w instalacjach grzewczych, wentylacyjnych, klimatyzacyjnych, ciepłowniczych i ciepłowniczych. Obudowy budynków podlegają zmiennym w czasie oddziaływaniom termicznym zarówno od strony powietrza zewnętrznego, jak i od strony pomieszczenia, dzięki czemu proces niestacjonarnego przewodzenia ciepła odbywa się w układzie przegród zewnętrznych. Problem znalezienia trójwymiarowego pola temperatury można sformułować zgodnie z zasadami przedstawionymi w rozdziale „matematyczne sformułowanie problemów wymiany ciepła”. W sformułowaniu problemu uwzględniono równanie przewodnictwa cieplnego: , gdzie jest dyfuzyjnością cieplną m2/s oraz warunki jednoznaczności pozwalające na wyodrębnienie jednego rozwiązania ze zbioru rozwiązań równania różniących się wartością stałych całkujących.

Warunki niepowtarzalności obejmują warunki początkowe i brzegowe. Warunki początkowe określają wartości pożądanej funkcji t w początkowym momencie czasu na całym obszarze D. Jako obszar D, w którym konieczne jest znalezienie pola temperatury, rozważymy prostokątny równoległościan o wymiarach 2d, 2ly, 2lz np. element konstrukcji budynku. Wówczas warunki początkowe można zapisać jako: dla t =0 oraz - d£x£d; - lyŁyŁy; -lz£z£lz mamy t = t(x, y, z, 0) = t0(x, y, z). Z tego wpisu widać, że początek kartezjańskiego układu współrzędnych znajduje się w środku symetrii równoległościanu.

Warunki brzegowe formułujemy w postaci warunków brzegowych trzeciego rodzaju, często spotykanych w praktyce. Warunki brzegowe III rodzaju wyznaczają na dowolny moment na granicach obszaru D współczynnik przenikania ciepła i temperaturę otoczenia. W ogólnym przypadku wartości te mogą być różne w różnych częściach powierzchni S regionu D. Dla przypadku jednakowego współczynnika przenikania ciepła a na całej powierzchni S i wszędzie tej samej temperatury otoczenia tzh, warunki brzegowe trzeciego rodzaju przy t > 0 można zapisać jako: ; ;

gdzie . S to powierzchnia ograniczająca obszar D.

Temperatura w każdym z trzech równań jest mierzona na odpowiedniej powierzchni równoległościanu.

Rozważmy analityczne rozwiązanie postawionego wyżej problemu w wersji jednowymiarowej, tj. pod warunkiem ly, lz »d. W tym przypadku wymagane jest znalezienie pola temperatury postaci t = t(x, t). Napiszmy opis problemu:

równanie ;

warunek początkowy: w t = 0 mamy t(x, 0) = t0 = const;

warunek brzegowy: dla x = ±d, t > 0 mamy https://pandia.ru/text/78/654/images/image095.gif" width="141" height="27">. Problem tkwi w w celu uzyskania określonego wzoru t = t(x, t), który umożliwia wyznaczenie temperatury t w dowolnym punkcie płyty w dowolnym momencie.

Sformułujmy problem w zmiennych bezwymiarowych, to zredukuje wpisy i uczyni rozwiązanie bardziej uniwersalnym. Temperatura bezwymiarowa to , współrzędna bezwymiarowa to X = x/d..gif" width="149" height="27 src=">.gif" width="120" height="25">, gdzie – numer biota.

Sformułowanie problemu w postaci bezwymiarowej zawiera jeden parametr – liczbę Biota, która w tym przypadku jest kryterium, gdyż składa się tylko z wielkości objętych warunkiem jednoznaczności. Zastosowanie liczby Biot wiąże się ze znalezieniem pola temperatury w ciele stałym, a więc mianownikiem Bi jest przewodność cieplna ciała stałego. Bi jest z góry określonym parametrem i jest kryterium.

Jeśli weźmiemy pod uwagę 2 procesy niestacjonarnego przewodzenia ciepła o tych samych liczbach Biota, to zgodnie z trzecim twierdzeniem o podobieństwie procesy te są podobne. Oznacza to, że w podobnych punktach (tj. w X1=X2; Fo1=Fo2) temperatury bezwymiarowe będą liczbowo równe: Q1=Q2. dlatego po dokonaniu jednego obliczenia w postaci bezwymiarowej otrzymamy wynik poprawny dla klasy podobnych zjawisk, które mogą różnić się parametrami wymiarowymi a, l, d, t0 i tl.

13. Niestacjonarne przewodnictwo cieplne dla nieograniczonej płaskiej ściany.

Zobacz pytanie 12.

17. Równanie energii. warunki jednoznaczności.

Równanie energii opisuje proces wymiany ciepła w ośrodku materialnym. Jednocześnie jego dystrybucja wiąże się z przekształceniem w inne formy energii. Prawo zachowania energii w odniesieniu do procesów jej przemian jest sformułowane w postaci pierwszej zasady termodynamiki, która jest podstawą do wyprowadzenia równania energii. Zakłada się, że ośrodek, w którym rozchodzi się ciepło, jest ciągły; może być nieruchomy lub ruchomy. Ponieważ przypadek poruszającego się ośrodka jest bardziej ogólny, używamy wyrażenia dla pierwszej zasady termodynamiki dla przepływu: (17.1) , gdzie q jest ciepłem wejściowym, J/kg; h jest entalpią, J/kg; w jest prędkością ośrodka w rozważanym punkcie, m/s; g jest przyspieszeniem swobodnego spadania; z jest wysokością, na której znajduje się rozważany element ośrodka, m; ltr jest pracą przeciw siłom tarcia wewnętrznego, J/kg.

Zgodnie z równaniem 17.1 nakład ciepła przeznaczany jest na zwiększenie entalpii, energii kinematycznej i potencjalnej w polu grawitacyjnym, a także na pracę przeciw siłom lepkości..gif" width="265 height=28" height= "28"> (17.2) .

T. do. (17.3) .

Obliczmy wielkość dopływu i oddawania ciepła w jednostce czasu dla elementu pośredniego w postaci prostopadłościanu prostokątnego, którego wymiary są na tyle małe, że można przyjąć liniową zmianę gęstości strumienia ciepła w jego granicach..gif" szerokość ="236" height="52 ">; ich różnica to .

Wykonując podobną operację dla osi 0y i 0z otrzymujemy różnice odpowiednio: z różnicy otrzymujemy wynikową ilość ciepła dostarczonego (lub odprowadzonego) do elementu w jednostce czasu.

Ograniczamy się do przypadku przepływu o umiarkowanej prędkości, wtedy ilość dostarczonego ciepła jest równa zmianie entalpii. Jeśli założymy, że elementarny równoległościan jest unieruchomiony w przestrzeni, a jego ściany są przepuszczalne dla przepływu, to wskazany stosunek można przedstawić jako: https://pandia.ru/text/78/654/images/image114.gif" szerokość ="18" height="31"> – tempo zmiany entalpii w ustalonym punkcie przestrzeni zamkniętej elementarnym równoległościanem; znak minus jest wprowadzany w celu dopasowania przepływu ciepła i zmiany entalpii: wynikowy dopływ ciepła<0 должен вызывать увеличение энтальпии.

(17.10) .

Wyprowadzenie równania energii jest uzupełniane przez podstawienie wyrażeń (17,6) i (17,10) do równania (17.4). ponieważ operacja ta ma charakter formalny, przekształcenia przeprowadzimy tylko dla osi 0x: (17.11) .

Przy stałych parametrach fizycznych ośrodka otrzymujemy następujące wyrażenie na pochodną: (17.12) . Otrzymawszy podobne wyrażenia dla rzutów na inne osie, zbudujemy z nich sumę ujętą w nawiasy po prawej stronie równania (17.4). A po kilku przemianach otrzymujemy równanie energii dla nieściśliwego medium przy umiarkowanych natężeniach przepływu:

(17.13) .

Lewa strona równania charakteryzuje szybkość zmian temperatury poruszającej się cząstki płynu. Prawa strona równania jest sumą pochodnych postaci, a zatem określa wynikową dostawę (lub odbiór) ciepła w wyniku przewodzenia ciepła.

Zatem równanie energii ma wyraźne znaczenie fizyczne: zmiana temperatury poruszającej się pojedynczej cząstki płynu (lewa strona) jest zdeterminowana przez dopływ ciepła do tej cząstki z otaczającego ją płynu w wyniku przewodzenia ciepła (prawa strona).

W środowisku stacjonarnym członkowie konwekcyjni https://pandia.ru/text/78/654/images/image128.gif" width="168" height="51">.gif" width="76" height="20 src= ">.

warunki jednoznaczności.

Równania różniczkowe mają nieskończoną liczbę rozwiązań, formalnie fakt ten znajduje odzwierciedlenie w obecności dowolnych stałych całkowania. Aby rozwiązać konkretny problem inżynierski, do równań związanych z istotą i charakterystycznymi cechami tego problemu należy dodać pewne dodatkowe warunki.

Pola pożądanych funkcji - temperatura, prędkość i ciśnienie - znajdują się w określonym obszarze, dla którego należy określić kształt i wymiary, oraz w określonym przedziale czasu. Aby wyprowadzić jedno rozwiązanie problemu ze zbioru możliwych, konieczne jest ustalenie wartości poszukiwanych funkcji: w początkowym momencie czasu w całym rozważanym obszarze; w dowolnym momencie na granicach rozpatrywanego obszaru.