Indikaatoriga hinnatav on soojusvoo pinnatihedus. soojusvoog

Antud pinda ajaühikus läbivat soojushulka nimetatakse soojusvoog Q, W.

Soojushulka pindalaühiku kohta ajaühiku kohta nimetatakse soojusvoo tihedus ehk erisoojusvoogu ja iseloomustab soojusülekande intensiivsust.

Soojusvoo tihedus q, on suunatud piki normaalset isotermilisele pinnale temperatuurigradiendile vastupidises suunas, st temperatuuri languse suunas.

Kui jaotus on teada q pinnal F, siis kogu soojushulk Kτ läbis selle pinna aja jooksul τ , võib leida võrrandi järgi:

ja soojusvoog:

Kui väärtus q on vaadeldaval pinnal konstantne, siis:

Fourier' seadus

See seadus määrab soojusvoo hulga soojuse ülekandmisel soojusjuhtivuse kaudu. Prantsuse teadlane J. B. Fourier aastal tegi ta kindlaks, et soojusvoo tihedus läbi isotermilise pinna on võrdeline temperatuurigradiendiga:

Miinusmärk sisse (9.6) näitab, et soojusvoog on suunatud temperatuurigradiendile vastupidises suunas (vt joonis 9.1.).

Soojusvoo tihedus suvalises suunas l tähistab soojusvoo projektsiooni sellele suunale normaalse suunas:

Soojusjuhtivuse koefitsient

Koefitsient λ , W/(m K), on Fourier' seaduse võrrandis arvuliselt võrdne soojusvoo tihedusega, kui temperatuur langeb ühe kelvini (kraadi) võrra pikkuseühiku kohta. Erinevate ainete soojusjuhtivuse koefitsient sõltub nende füüsikalistest omadustest. Teatud keha puhul sõltub soojusjuhtivuse koefitsiendi väärtus keha ehitusest, selle mahumassist, niiskusest, keemilisest koostisest, rõhust, temperatuurist. Tehnilistes arvutustes väärtus λ võetud võrdlustabelitest ning on vaja tagada, et tingimused, mille puhul tabelis on toodud soojusjuhtivusteguri väärtus, vastaksid arvutatud ülesande tingimustele.

Soojusjuhtivuse koefitsient sõltub eriti tugevalt temperatuurist. Nagu kogemus näitab, saab enamiku materjalide puhul seda sõltuvust väljendada lineaarse valemiga:

kus λ o - soojusjuhtivuse koefitsient 0 °C juures;

β - temperatuuri koefitsient.

Gaaside soojusjuhtivuse koefitsient ja eriti aurud sõltuvad tugevalt rõhust. Erinevate ainete soojusjuhtivuse koefitsiendi arvväärtus varieerub väga laias vahemikus - alates 425 W / (m K) hõbeda puhul kuni väärtusteni, mis on suurusjärgus 0,01 W / (m K) gaaside puhul. Seda seletatakse asjaoluga, et soojusjuhtivusega soojusülekande mehhanism erinevates füüsikalistes keskkondades on erinev.

Metallidel on kõrgeim soojusjuhtivuse väärtus. Metallide soojusjuhtivus väheneb temperatuuri tõustes ja väheneb järsult lisandite ja legeerelementide juuresolekul. Niisiis on puhta vase soojusjuhtivus 390 W / (m K) ja arseeni jälgedega vase soojusjuhtivus on 140 W / (m K). Puhta raua soojusjuhtivus on 70 W / (m K), 0,5% süsinikusisaldusega terasel - 50 W / (m K), legeerterasel 18% kroomi ja 9% niklit - ainult 16 W / (m K).

Mõnede metallide soojusjuhtivuse sõltuvus temperatuurist on näidatud joonisel fig. 9.2.

Gaasidel on madal soojusjuhtivus (suurusjärgus 0,01...1 W/(m K)), mis temperatuuri tõustes tugevalt suureneb.

Vedelike soojusjuhtivus halveneb temperatuuri tõustes. Erandiks on vesi ja glütserool. Üldiselt on tilkuvate vedelike (vesi, õli, glütseriin) soojusjuhtivuse koefitsient kõrgem kui gaasidel, kuid madalam kui tahketel ainetel ja jääb vahemikku 0,1–0,7 W/(m K).

Riis. 9.2. Temperatuuri mõju metallide soojusjuhtivusele

1 Põhimõisted ja definitsioonid - temperatuuriväli, gradient, soojusvoog, soojusvoo tihedus (q, Q), Fourier' seadus.

temperatuuriväli– temperatuuriväärtuste komplekt uuritava ruumi kõikides punktides iga ajahetke kohta..gif" width="131" height="32 src=">

Nimetatakse soojushulka W, mis ajaühikus läbib ala F isotermilist pinda soojusvoog ja määratakse avaldisega: https://pandia.ru/text/78/654/images/image004_12.gif" width="15" height="32">, W/m2, nimetatakse soojusvoo tihedus: .

Suhe soojushulga dQ, J, mis aja jooksul dt läbib isotermilisel pinnal asuvat elementaarpinda dF, ja temperatuurigradiendi dt/dn vahel kehtestatakse Fourier' seadusega: .

2. Soojusjuhtivuse võrrand, kordumatuse tingimused.

Soojusjuhtivuse diferentsiaalvõrrand tuletatakse järgmiste eeldustega:

Keha on homogeenne ja isotroopne;

Füüsikalised parameetrid on konstantsed;

Vaadeldava ruumala deformatsioon, mis on seotud temperatuurimuutusega, on ruumala endaga võrreldes väga väike;

Organismi sisemised soojusallikad, mida üldjuhul võib anda kui , on ühtlaselt jaotunud.

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

Soojusjuhtivuse diferentsiaalvõrrand loob seose temperatuuri ajaliste ja ruumiliste muutuste vahel keha mis tahes punktis, kus soojusjuhtivusprotsess toimub.

Kui võtta võrrandi tuletamisel eeldatud termofüüsikaliste karakteristikute konstant, siis difur saab kujul: https://pandia.ru/text/78/654/images/image011_4.gif" width="51" height=" 44"> - termilise difusiooni koefitsient.

ja , kus on Laplace'i operaator Descartes'i koordinaatsüsteemis.

Siis .

Ainulaadsustingimused või piirtingimused hõlmavad järgmist:

geomeetrilised terminid,

3. Soojusjuhtivus seinas (1. tüüpi piirtingimused).

Ühekihilise seina soojusjuhtivus.

Vaatleme homogeenset lamedat seina paksusega d. Seina välispindadel hoitakse ajas konstantseid temperatuure tc1 ja tc2. Seinamaterjali soojusjuhtivus on konstantne ja võrdne l-ga.

Statsionaarses režiimis muutub temperatuur lisaks ainult virna tasapinnaga risti (telg 0x): ..gif" width="129" height="47">

Määrame soojusvoo tiheduse läbi tasase seina. Vastavalt Fourier' seadusele, võttes arvesse võrdsust (*), võime kirjutada: .

Seega (**).

Temperatuuride erinevust võrrandis (**) nimetatakse temperatuuri erinevus. Sellest võrrandist on näha, et soojusvoo tihedus q muutub otseses proportsioonis soojusjuhtivusega l ja temperatuuride erinevusega Dt ning pöördvõrdeliselt seina paksusega d.

Suhet nimetatakse seina soojusjuhtivuseks ja selle pöördväärtus on https://pandia.ru/text/78/654/images/image023_1.gif" width="213" height="25">.

Soojusjuhtivus l tuleks võtta seina keskmise temperatuuri juures.

Mitmekihilise seina soojusjuhtivus.

Iga kihi jaoks: ; ; https://pandia.ru/text/78/654/images/image027_1.gif" width="433" height="87 src=">

Et võrrelda mitmekihilise tasapinnalise seina soojusjuhtivusomadusi homogeensete materjalide omadustega, tutvustatakse kontseptsiooni. ekvivalentne soojusjuhtivus. See on ühekihilise seina soojusjuhtivus, mille paksus on võrdne vaadeldava mitmekihilise seina paksusega, st.gif" width="331" height="52">

Seega on meil:

4. Soojusülekanne läbi tasase seina (3. tüüpi piirtingimused).

Soojuse ülekandumist ühelt liikuvalt keskkonnalt (vedelik või gaas) teisele läbi neid eraldava mis tahes kujuga tahke seina nimetatakse soojusülekandeks. Protsessi iseärasusi seina piiridel soojusülekande ajal iseloomustavad kolmandat tüüpi piirtingimused, mis on määratud vedeliku temperatuuri väärtustega seina ühel ja teisel küljel, samuti soojusülekandetegurite vastavad väärtused.

Vaatleme statsionaarset soojusülekande protsessi läbi lõpmatu homogeense lameda seina paksusega d. Antud on seina soojusjuhtivus l, ümbritseva õhu temperatuurid tl1 ja tl2, soojusülekandetegurid a1 ja a2. Tuleb leida soojusvoog kuumalt vedelikult külmale ning temperatuurid seinapindadel tc1 ja tc2. Soojusvoo tihedus kuumast keskkonnast seinale määratakse võrrandiga: . Sama soojusvoog kantakse soojusjuhtimisega läbi tahke seina: ja teiselt seinapinnalt külma keskkonda: DIV_ADBLOCK119">

Seejärel https://pandia.ru/text/78/654/images/image035_0.gif" width="128" height="75 src="> - soojusülekandetegur, arvväärtus k väljendab seinapinna ühikut ajaühikus läbivat soojushulka pr kuuma ja külma keskkonna temperatuuride erinevus on 1K ja sellel on sama mõõtühik kui soojusülekandetegur, J / (s * m2K) või W / (m2K).

Soojusülekandeteguri pöördarvu nimetatakse soojustakistus soojusülekandele:.

https://pandia.ru/text/78/654/images/image038_0.gif" width="37" height="25"> soojusjuhtivuse soojustakistus.

Sandwich seina jaoks .

Soojusvoo tihedus läbi mitmekihilise seina: .

Soojusvoog Q, W, mis läbib tasast seina pindalaga F, on võrdne: .

Temperatuuri mis tahes kahe kihi piiril kolmandat tüüpi piirtingimustes saab määrata võrrandiga . Temperatuuri saate määrata ka graafiliselt.

5. Soojusjuhtivus silindrilises seinas (1. tüüpi piirtingimused).

Vaatleme statsionaarset soojusjuhtimise protsessi läbi homogeense silindrilise seina (toru) pikkusega l siseraadiusega r1 ja välisraadiusega r2. Seinamaterjali soojusjuhtivus l on konstantne väärtus. Seina pinnale on seatud konstantsed temperatuurid tc1 ja tc2.

Juhul (l>>r) on isotermilised pinnad silindrilised ja temperatuuriväli ühemõõtmeline. See tähendab, t=f(r), kus r on silindrilise süsteemi praegune koordinaat, r1£r£r2..gif" width="113" height="48">.

Uue muutuja kasutuselevõtt võimaldab viia võrrandi järgmisele kujule: https://pandia.ru/text/78/654/images/image047.gif" width="107" height="25">, meil on :

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

C1 ja C2 väärtuste asendamine võrrandis , saame:

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

See avaldis on logaritmilise kõvera võrrand. Järelikult muutub temperatuur homogeense silindrilise seina sees soojusjuhtivuse konstantse väärtuse juures vastavalt logaritmilisele seadusele.

Silindrilise seina pindala F ajaühikus läbiva soojushulga leidmiseks võite kasutada Fourier' seadust:

Asendades Fourier' seaduse võrrandisse võrrandi järgi temperatuurigradiendi väärtuse saame: (*) ® Q väärtus ei sõltu seina paksusest, vaid selle välisläbimõõdu ja sisemise läbimõõdu suhtest.

Kui viitate soojusvoole silindrilise seina pikkuseühiku kohta, saab võrrandi (*) kirjutada järgmiselt: https://pandia.ru/text/78/654/images/image056.gif" width="67" height ="52 src="> on silindrilise seina soojusjuhtivuse soojustakistus.

Mitmekihilise silindrilise seina jaoks https://pandia.ru/text/78/654/images/image058.gif" width="225" height="57 src=">.

6. Soojusülekanne läbi silindrikujulise seina (3. tüüpi piirtingimused).

Vaatleme suure pikkusega ühtlast silindrilist seina siseläbimõõduga d1, välisläbimõõduga d2 ja püsiva soojusjuhtivusega. Antud on kuuma tl1 ja külma tl2 keskkonna temperatuuri väärtused ning soojusülekandetegurid a1 ja a2. statsionaarse režiimi jaoks võime kirjutada:

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

kus - lineaarne soojusülekandetegur, iseloomustab soojusülekande intensiivsust ühelt vedelikult teisele läbi neid eraldava seina; arvuliselt võrdne soojushulgaga, mis liigub ühest keskkonnast teise läbi 1 m pikkuse toru seina ajaühikus, mille temperatuuride erinevus on 1 K.

Lineaarse soojusülekandeteguri pöördväärtust nimetatakse lineaarne soojustakistus soojusülekandele.

Mitmekihilise seina puhul on lineaarne soojustakistus soojusülekande suhtes kihtide soojusülekande lineaarse soojustakistuse ja kihtide soojusjuhtivuse lineaarse soojustakistuse summa.

Temperatuurid kihtidevahelisel piiril: 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=">

kus – kuulseina soojusülekandetegur.

Sfäärilise seina soojusülekandeteguri pöördväärtust nimetatakse soojustakistus sfäärilise seina soojusülekandele.

Piiritingimusedma lahke.

Olgu pall sise- ja välispinna raadiustega r1 ja r2, konstantse soojusjuhtivusega ning antud ühtlaselt jaotunud pinnatemperatuuridega tc1 ja tc2.

Nendes tingimustes sõltub temperatuur ainult raadiusest r. Fourier' seaduse kohaselt on sfäärilise seina läbiv soojusvoog võrdne: .

Võrrandi integreerimine annab sfäärilises kihis järgmise temperatuurijaotuse:

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

Seega , d - seina paksus.

Temperatuuri jaotus: ® konstantse soojusjuhtivuse korral muutub temperatuur kerakujulises seinas vastavalt hüperboolse seadusele.

8. Soojustakistus.

Ühekihiline tasane sein:

1. tüüpi piirtingimused

Suhet nimetatakse seina soojusjuhtivuseks ja selle pöördväärtus on https://pandia.ru/text/78/654/images/image036_0.gif" width="349" height="55">.

Ühekihiline silindriline sein:

1. tüüpi piirtingimused

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

3. liigi piirtingimused

Lineaarne soojustakistus soojusülekandele: https://pandia.ru/text/78/654/images/image078.gif" width="249" height="53"> (mitmekihiline sein)

9. Kriitiline isolatsiooni läbimõõt.

Vaatleme juhtumit, kui toru on kaetud ühekihilise soojusisolatsiooniga, mille välisläbimõõt on d3. eeldades antud ja konstantseid soojusülekandekoefitsiente a1 ja a2, mõlema vedeliku temperatuure tl1 ja tl2, toru soojusjuhtivust l1 ja isolatsiooni l2.

Vastavalt võrrandile , kahekihilise silindrilise seina kaudu soojusülekande lineaarse soojustakistuse avaldis on kujul: https://pandia.ru/text/78/654/images/image080.gif" width="72" height=" 52 src="> suureneb ja tähtaeg väheneb. Teisisõnu toob isolatsiooni välisläbimõõdu suurenemine kaasa isolatsiooni soojustakistuse suurenemise soojusjuhtivuse suhtes ja soojustakistuse vähenemise soojusülekandele. selle välispind.Viimane on tingitud välispinna pindala suurenemisest.

Funktsiooni äärmus Rl – – kriitiline läbimõõt tähistatud kui dcr. Näitab materjali sobivust soojusisolatsioonina kasutamiseks etteantud välisläbimõõduga d2 antud soojusülekandeteguri a2 juures.

10. Soojusisolatsiooni valik kriitilise läbimõõdu järgi.

Vaata küsimust 9. Isolatsiooni läbimõõt peab ületama isolatsiooni kriitilist läbimõõtu.

11. Soojusülekanne läbi ribiseina. Uimetegur.

Vaatleme ribiseina paksusega d ja soojusjuhtivusega l. Siledal küljel on pindala F1 ja sooniku poolel F2. seatakse ajaliselt konstantsed temperatuurid tl1 ja tl2 ning soojusülekandetegurid a1 ja a2.

Tähistame sileda pinna temperatuuri kui tc1. Oletame, et uimede pindade ja seina enda temperatuurid on samad ja võrdsed tc2-ga. Selline eeldus üldiselt ei vasta tegelikkusele, kuid see lihtsustab arvutusi ja seda kasutatakse sageli.

Kui tl1 > tl2, saab soojusvoo Q jaoks kirjutada järgmised avaldised:

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

kus – ribiseina soojusülekandetegur.

Soojusvoo tiheduse arvutamisel ribivaba seinapinna ühiku kohta saame: . k1 on ribideta seinapinnaga seotud soojusülekandetegur.

Soonilise pinna pindala ja sileda pinna pindala suhet F2/F1 nimetatakse uimede eemaldamise tegur.

12. Mittestatsionaarne soojusjuhtivus. Juhtpunkt. Bi, Fo füüsiline tähendus.

Mittestatsionaarne soojusjuhtivus on protsess, mille käigus temperatuur tahke aine antud punktis aja jooksul muutub ja näidatud temperatuuride kogum moodustab mittestatsionaarse temperatuurivälja, mille kindlaksmääramine on mittestatsionaarse soojuse põhiülesanne. juhtivus. Transientsed soojusjuhtivusprotsessid on kütte-, ventilatsiooni-, kliimaseadmete, soojusvarustuse ja soojust tootvate seadmete jaoks väga olulised. Hoonete piirded kogevad ajas muutuvaid soojusefekte nii välisõhu poolelt kui ka ruumi küljelt, seega toimub mittestatsionaarne soojusjuhtimise protsess hoone välispiirete massiivides. Kolmemõõtmelise temperatuurivälja leidmise probleemi saab sõnastada vastavalt põhimõtetele, mis on välja toodud jaotises "Soojusülekande ülesannete matemaatiline formuleerimine". Ülesande sõnastus sisaldab soojusjuhtivuse võrrandit: , kus on soojusdifuusioon m2/s, samuti unikaalsuse tingimused, mis võimaldavad võrrandi väärtuse poolest erinevate lahenduste hulgast välja tuua ühe lahendi. integreerivatest konstantidest.

Unikaalsuse tingimused hõlmavad alg- ja piirtingimusi. Algtingimused määravad soovitud funktsiooni t väärtused algsel ajahetkel kogu piirkonnas D. Piirkonnaks D, milles on vaja leida temperatuuriväli, käsitleme ristkülikukujulist rööptahukat mõõtmetega 2d, 2ly, 2lz näiteks ehituskonstruktsiooni element. Siis saab algtingimused kirjutada järgmiselt: t =0 ja - d£x£d korral; - ly£y£ly; -lz£z£lz meil on t = t(x, y, z, 0) = t0(x, y, z). Sellest kirjest on näha, et Descartes'i koordinaatsüsteemi alguspunkt asub rööptahuka sümmeetria keskmes.

Sõnastame piiritingimused kolmandat tüüpi piirtingimuste kujul, mida praktikas sageli kohtab. III tüüpi piirtingimused, mis seatakse mis tahes ajahetkeks piirkonna D piiril soojusülekandetegur ja ümbritseva õhu temperatuur. Üldjuhul võivad need väärtused piirkonna D pinna S erinevates osades olla erinevad. Sama soojusülekandeteguri a korral kogu pinnal S ja kõikjal sama ümbritseva õhu temperatuuri tzh korral võib kolmandat tüüpi piirtingimused t > 0 juures kirjutada järgmiselt: ; ;

kus . S on ala D piirav pind.

Temperatuur kõigis kolmes võrrandis võetakse rööptahuka vastaval küljel.

Vaatleme ülaltoodud ülesande analüütilist lahendust ühemõõtmelises versioonis, st tingimusel ly, lz »d. Sel juhul on vaja leida temperatuuriväli kujul t = t(x, t). Kirjutame probleemiavalduse:

võrrand ;

algtingimus: t = 0 korral on meil t(x, 0) = t0 = const;

piirtingimus: x = ±d, t > 0 on meil https://pandia.ru/text/78/654/images/image095.gif" width="141" height="27">. Probleem on selles selleks, et saada konkreetne valem t = t(x, t), mis võimaldab leida temperatuuri t plaadi mis tahes punktis suvalisel ajahetkel.

Sõnastame probleemi mõõtmeteta muutujatena, see vähendab kirjeid ja muudab lahenduse universaalsemaks. Mõõtmeteta temperatuur on , mõõtmeteta koordinaat on X = x/d..gif" width="149" height="27 src=">.gif" width="120" height="25">, kus – bioti number.

Ülesande sõnastus dimensioonita kujul sisaldab ühte parameetrit - Bioti arvu, mis antud juhul on kriteeriumiks, kuna see koosneb ainult unikaalsustingimuses sisalduvatest suurustest. Bioti arvu kasutamine on seotud temperatuurivälja leidmisega tahkis, seega on nimetajaks Bi tahke aine soojusjuhtivus. Bi on etteantud parameeter ja on kriteerium.

Kui arvestada 2 mittestatsionaarse soojusjuhtivuse protsessi samade Biot-arvudega, siis on need protsessid kolmanda sarnasuse teoreemi kohaselt sarnased. See tähendab, et sarnastes punktides (st X1=X2; Fo1=Fo2) on mõõtmeteta temperatuurid arvuliselt võrdsed: Q1=Q2. seetõttu, olles teinud ühe arvutuse dimensioonita kujul, saame tulemuse, mis kehtib sarnaste nähtuste klassi kohta, mis võivad mõõtmete parameetrite a, l, d, t0 ja tl poolest erineda.

13. Mittestatsionaarne soojusjuhtivus piiramatult tasasele seinale.

Vaata küsimust 12.

17. Energiavõrrand. ühemõttelisuse tingimused.

Energiavõrrand kirjeldab soojusülekande protsessi materiaalses keskkonnas. Samal ajal on selle jaotumine seotud muundamisega muudeks energialiikideks. Energia jäävuse seadus seoses selle teisenemisprotsessidega on sõnastatud termodünaamika esimese seaduse kujul, mis on energiavõrrandi tuletamise aluseks. Eeldatakse, et keskkond, milles soojus levib, on pidev; see võib olla paigal või liikuv. Kuna liikuva keskkonna juhtum on üldisem, kasutame voolu jaoks termodünaamika esimese seaduse avaldist: (17.1) , kus q on sisendsoojus, J/kg; h on entalpia, J/kg; w on keskkonna kiirus vaadeldavas punktis, m/s; g on vaba langemise kiirendus; z on kõrgus, millel keskkonna vaadeldav element asub, m; ltr on töö sisehõõrdejõudude vastu, J/kg.

Vastavalt võrrandile 17.1 kulutatakse soojussisend gravitatsioonivälja entalpia, kinemaatilise energia ja potentsiaalse energia suurendamiseks, samuti töö tegemiseks viskoossete jõudude vastu..gif" width="265 height=28" height= "28"> (17.2) .

T. kuni. (17.3) .

Arvutame sisend- ja väljundsoojuse ajaühikus ristkülikukujulise rööptahuka kujulise keskmise elemendi jaoks, mille mõõtmed on piisavalt väikesed, et eeldada soojusvoo tiheduse lineaarset muutust selle piirides..gif" laius ="236" height="52 ">; nende erinevus on .

Tehes sarnase toimingu telgede 0y ja 0z jaoks, saame vastavalt erinevused: erinevus saame tulemuseks elemendile antud (või eemaldatud) soojushulga ajaühiku kohta.

Piirdume mõõduka kiirusega vooluga, siis on antud soojushulk võrdne entalpia muutusega. Kui eeldada, et elementaarne rööptahukas on ruumis fikseeritud ja selle pinnad on voolu läbilaskvad, võib näidatud suhet esitada järgmiselt: https://pandia.ru/text/78/654/images/image114.gif" laius ="18" height="31"> – entalpia muutumise kiirus fikseeritud ruumipunktis, mis on ümbritsetud elementaarse rööptahuga; miinusmärk sisestatakse soojusülekande ja entalpia muutuse vastavusse viimiseks: sellest tulenev soojuse sissevool<0 должен вызывать увеличение энтальпии.

(17.10) .

Energiavõrrandi tuletamine lõpetatakse avaldiste (17.6) ja (17.10) asendamisega võrrandiga (17.4). kuna see toiming on formaalse iseloomuga, teostame teisendusi ainult 0x telje jaoks: (17.11) .

Söötme konstantsete füüsikaliste parameetrite korral saame tuletise jaoks järgmise avaldise: (17.12) . Olles saanud sarnased avaldised projektsioonide kohta teistele telgedele, moodustame nendest võrrandi (17.4) paremal küljel sulgudes oleva summa. Ja pärast mõningaid muutusi saame energia võrrand kokkusurumatu keskkonna jaoks mõõduka voolukiirusega:

(17.13) .

Võrrandi vasak pool iseloomustab liikuva vedelikuosakese temperatuuri muutumise kiirust. Võrrandi parem pool on vormi tuletiste summa ja seetõttu määrab see soojusjuhtivuse tõttu soojuse juurdevoolu (või eemaldamise).

Seega on energiavõrrandil selge füüsikaline tähendus: liikuva üksiku vedelikuosakese (vasakpoolne) temperatuurimuutuse määrab soojusjuhtivuse tõttu sellesse osakesesse sisenev soojus (parem pool).

Statsionaarse keskkonna jaoks konvektiivelemendid https://pandia.ru/text/78/654/images/image128.gif" width="168" height="51">.gif" width="76" height="20" src= ">.

ühemõttelisuse tingimused.

Diferentsiaalvõrranditel on lõpmatu arv lahendusi, formaalselt kajastub see asjaolu suvaliste integratsioonikonstantide olemasolus. Konkreetse inseneriprobleemi lahendamiseks tuleks võrranditele lisada mõned lisatingimused, mis on seotud selle ülesande olemuse ja eripäradega.

Soovitud funktsioonide väljad - temperatuur, kiirus ja rõhk - leitakse teatud piirkonnas, mille jaoks tuleb määrata kuju ja mõõtmed, ning teatud ajavahemikus. Probleemi ühe lahenduse tuletamiseks võimalike lahenduste hulgast on vaja määrata otsitavate funktsioonide väärtused: algsel ajahetkel kogu vaadeldaval alal; igal ajal vaadeldava ala piiril.

GOST 25380-82

Rühm G19

NSV Liidu LIIDU RIIKLIK STANDARD

HOONED JA EHITUSED

Soojusvoogude tiheduse mõõtmise meetod,

läbib hoone välispiiret

Hooned ja rajatised.

Soojusvoogude tiheduse mõõtmise meetod

kestuskonstruktsioonide läbimine

Tutvustuse kuupäev 1983 - 01-01

KINNITUD JA SISSEJUHATUD NSVL Riikliku Ehitusasjade Komitee 14. juuli 1982. a otsusega nr 182

VABARIIK. juuni 1987

See standard kehtestab ühtse meetodi elamute, avalike, tööstus- ja põllumajandushoonete ja -rajatiste ühe- ja mitmekihilisi hoonepiirdeid läbivate soojusvoogude tiheduse määramiseks katseuuringu käigus ja nende töötingimustes.

Soojusvoo tihedust mõõdetakse ümbritseva õhu temperatuuril 243 kuni 323 K (miinus 30 kuni pluss 50 °C) ja suhtelise õhuniiskuse juures kuni 85%.

Soojusvoogude tiheduse mõõtmised võimaldavad mõõta hoonete ja rajatiste piirdekonstruktsioonide soojustõhusust ning teha kindlaks tegelik soojuskulu väliste piirdekonstruktsioonide kaudu.

Standard ei kehti poolläbipaistvate ümbriskonstruktsioonide kohta.

1. Üldsätted

1.1. Soojusvoo tiheduse mõõtmise meetod põhineb temperatuuri erinevuse mõõtmisel hoone välispiirdele paigaldatud "abiseinal" (plaadil). See temperatuuride erinevus, mis on võrdeline selle tihedusega soojusvoo suunas, muundatakse emf-iks. termopaaride patareid, mis paiknevad "abiseinas" paralleelselt soojusvooluga ja on ühendatud järjestikku vastavalt genereeritud signaalile. "Abisesein" ja termopaari virn moodustavad soojusvoo muunduri

1.2. Soojusvoo tihedust mõõdetakse spetsiaalse seadme skaalal, mis sisaldab soojusvoo muundurit, või arvutatakse emf mõõtmise tulemuste põhjal. eelkalibreeritud soojusvoo anduritel.

Soojusvoo tiheduse mõõtmise skeem on näidatud joonisel.

Soojusvoo tiheduse mõõtmise skeem

1 - ümbritsev konstruktsioon; 2 - soojusvoo muundur; 3 - emf-meeter;

sise- ja välisõhu temperatuur; , , - välistemperatuur,

ümbritseva konstruktsiooni sisepinnad vastavalt muunduri lähedal ja all;

Hoone välispiirete ja soojusvoo muunduri soojustakistus;

Soojusvoo tihedus enne ja pärast anduri kinnitamist.

2. Riistvara

2.1. Soojusvoogude tiheduse mõõtmiseks kasutatakse seadet ITP-11 (lubatud on kasutada ITP-7 seadme eelmist mudelit) vastavalt spetsifikatsioonidele.

Seadme ITP-11 tehnilised omadused on toodud 1. viites.

2.2. Piirdekonstruktsioonide termilisel katsetamisel on lubatud mõõta soojusvoogude tihedust, kasutades eraldi valmistatud ja kalibreeritud soojusvoo muundureid soojustakistusega kuni 0,025-0,06 (sq.m) / W ja seadmeid, mis mõõdavad muundurite tekitatud emf-i. .

Soojusjuhtivuse määramiseks on lubatud kasutada paigalduses kasutatavat muundurit vastavalt standardile GOST 7076-78.

2.3. Punkti 2.2 kohased soojusvoolu muundurid peavad vastama järgmistele põhinõuetele:

"abiseina" (plaadi) materjalid peavad säilitama oma füüsikalised ja mehaanilised omadused ümbritseva õhu temperatuuril 243–323 K (miinus 30 kuni pluss 50 °C);

materjale ei tohi vedelas ja aurufaasis veega niisutada ega niisutada;

anduri läbimõõdu ja paksuse suhe peab olema vähemalt 10;

muunduritel peab olema termopaari aku ümber asuv kaitsetsoon, mille lineaarne suurus peaks olema vähemalt 30% muunduri raadiusest või pool selle lineaarsuurusest;

iga toodetud soojusvoo muundur peab olema kalibreeritud organisatsioonides, mis on ettenähtud korras saanud õiguse neid muundureid toota;

ülaltoodud keskkonnatingimustes peavad anduri kalibreerimisomadused säilima vähemalt ühe aasta.

2.4. Andurite kalibreerimist vastavalt punktile 2.2 on lubatud läbi viia soojusjuhtivuse määramise paigaldises vastavalt standardile GOST 7076-78, mille puhul soojusvoo tihedus arvutatakse sertifitseeritud materjalide etalonnäidiste temperatuuri erinevuse mõõtmise tulemuste põhjal. vastavalt standardile GOST 8.140-82 ja paigaldatud testitud näidiste asemele. Soojusvoo muunduri kalibreerimismeetod on toodud soovitatavas lisas 2.

2.5. Konvertereid kontrollitakse vähemalt kord aastas, nagu on näidatud lõigetes. 2.3, 2.4.

2.6. Et mõõta emf. soojusvoo muundur, on lubatud kasutada kaasaskantavat potentsiomeetrit PP-63 vastavalt GOST 9245-79, digitaalseid voltamperimeetreid V7-21, F30 või muid EMF-mõõtureid, milles arvutatud viga mõõdetud emf-i piirkonnas. soojusvoo muundur ei ületa 1% ja sisendtakistus on vähemalt 10 korda suurem kui muunduri sisetakistus.

Hoonepiirete termilisel testimisel eraldi andurite abil on eelistatav kasutada automaatseid salvestussüsteeme ja -seadmeid.

3.Mõõtmise ettevalmistamine

3.1. Soojusvoo tiheduse mõõtmine toimub reeglina hoonete ja rajatiste piirdekonstruktsioonide seestpoolt.

Soojusvoogude tihedust on lubatud mõõta väliskonstruktsioonide välisküljelt, kui seda ei ole võimalik mõõta seestpoolt (agressiivne keskkond, õhuparameetrite kõikumine), eeldusel, et pinnal säilib stabiilne temperatuur. Soojusülekande tingimuste kontroll toimub temperatuurianduri ja soojusvoo tiheduse mõõtmise vahendite abil: 10 minuti jooksul mõõdetuna peaksid nende näidud jääma instrumentide mõõtmisvea piiresse.

3.2. Pinnaalad valitakse kogu katsetatavale hoonekarbile spetsiifilised või iseloomulikud olenevalt kohaliku või keskmise soojusvoo tiheduse mõõtmise vajadusest.

Mõõtmiseks valitud aladel peab olema samast materjalist pinnakiht, sama töötlemis- ja pinnaseisund, samad tingimused kiirgussoojuse ülekandmiseks ning need ei tohiks asuda elementide vahetus läheduses, mis võivad suunda ja väärtust muuta. soojusvoogudest.

3.3. Piirdekonstruktsioonide pinnad, millele soojusvoo muundur on paigaldatud, puhastatakse kuni nähtavate ja käegakatsutavate ebatasaste kõrvaldamiseni.

3.4. Andur surutakse tihedalt üle kogu pinna ümbritseva konstruktsiooni külge ja fikseeritakse sellesse asendisse, tagades soojusvoo muunduri pideva kontakti uuritavate alade pinnaga kõigi järgnevate mõõtmiste ajal.

Anduri paigaldamisel selle ja ümbritseva konstruktsiooni vahele ei ole õhuvahede teke lubatud. Nende kõrvaldamiseks kantakse mõõtmiskohtades pinnale õhuke kiht tehnilist vaseliini, mis katab pinna ebatasasused.

Anduri saab kinnitada piki selle külgpinda, kasutades ehituskipsi, tehnilise vaseliini, plastiliini, vedruga varda ja muid vahendeid, mis välistavad soojusvoo moonutamise mõõtmistsoonis.

3.5. Soojusvoo tiheduse töömõõtmisel liimitakse anduri lahtine pind materjalikihiga või värvitakse üle sama või sarnase emissiooniastmega värviga, mille erinevus on 0,1 kui pinnakihi materjalil. ümbritsev konstruktsioon.

3.6. Lugemisseade paigutatakse mõõtmiskohast 5-8 m kaugusele või kõrvalruumi, et välistada vaatleja mõju soojusvoo väärtusele.

3.7. Kui kasutate emf-i mõõtmiseks seadmeid, millel on piirangud ümbritseva õhu temperatuurile, asetatakse need nende seadmete tööks vastuvõetava õhutemperatuuriga ruumi ja soojusvoo muundur ühendatakse nendega pikendusjuhtmete abil.

ITP-1 seadmega mõõtmisel asuvad soojusvoo muundur ja mõõteseade ühes ruumis, olenemata ruumi õhutemperatuurist.

3.8. Punkti 3.7 kohane seadmed on tööks ette valmistatud vastavalt vastava seadme kasutusjuhendile, sh arvestades seadme vajalikku kokkupuuteaega, et kehtestada selles uus temperatuurirežiim.

4. Mõõtmiste tegemine

4.1. Soojusvoo tiheduse mõõtmine toimub:

seadme ITP-11 kasutamisel - pärast soojusülekande tingimuste taastamist ruumis ümbritsevate konstruktsioonide juhtsektsioonide lähedal, mis on moonutatud ettevalmistavate toimingute ajal ja pärast taastamist vahetult eelmise soojusülekande režiimi katseplatsil, mis oli häiritud. kui muundur oli kinnitatud;

termiliste katsete ajal soojusvoo muunduritega vastavalt punktile 2.2 - pärast soojusülekande uue püsioleku tekkimist muunduri all.

Pärast ettevalmistavate toimingute sooritamist vastavalt lõigetele. 3.2-3.5 seadme ITP-11 kasutamisel taastub soojusülekande režiim mõõtmiskohas ligikaudu 5 - 10 minuti pärast, soojusvoo muundurite kasutamisel vastavalt punktile 2.2 - 2-6 tunni pärast.

Siirdesoojusülekande režiimi valmimise indikaatoriks ja soojusvoo tiheduse mõõtmise võimaluseks võib pidada soojusvoo tiheduse mõõtmise tulemuste korratavust kehtestatud mõõtevea piires.

4.2. Soojusvoo mõõtmisel hoone ümbrises, mille soojustakistus on alla 0,6 (sq.m) / W, mõõdetakse samaaegselt selle pinna temperatuuri termopaaride abil 100 mm kaugusel muundurist, selle all ja temperatuuri. sise- ja välisõhk seinast 100 mm kaugusel.

5. Tulemuste töötlemine

5.1. ITP-11 seadmete kasutamisel saadakse soojusvoo tiheduse väärtus (W / sq.m) otse seadme skaalalt.

5.2. Kui kasutate emf mõõtmiseks eraldi andureid ja millivoltmeetreid. muundurit läbiva soojusvoo tihedus, W/sq.m, arvutatakse valemiga

(1)

5.3. Anduri kalibreerimiskoefitsiendi määramine, võttes arvesse katsetemperatuuri, viiakse läbi vastavalt soovitatud 2. liitele.

5.4. Soojusvoo tiheduse väärtus, W / sq.m, mõõdetuna vastavalt punktile 4.3, arvutatakse valemiga

(2)

kus -

ja -

välisõhu temperatuur muunduri ees, K (°С);

pinnatemperatuur mõõtepiirkonnas anduri lähedal ja anduri all vastavalt K (°С).

5.5. Mõõtmistulemused registreeritakse soovitatavas lisas 3 toodud kujul.

5.6. Soojusvoo tiheduse määramise tulemus võetakse hoone välispiirdel anduri ühes asendis tehtud viie mõõtmise tulemuste aritmeetiliseks keskmiseks.

1. lisa

Viide

Seadme ITP-11 tehnilised omadused

Seade ITP-11 on kombinatsioon soojusvoo muundurist elektriliseks alalisvoolusignaaliks koos mõõteseadmega, mille skaala on gradueeritud soojusvoo tiheduse ühikutes.

1. Soojusvoo tiheduse mõõtmise piirid: 0-50; 0-250 W/ruutmeetri kohta.

2. Instrumentide skaala hinnajaotus: 1; 5 W/sq.m.

3. Seadme põhiviga protsentides õhutemperatuuril 20 °C.

4. Mõõteseadet ümbritseva õhu temperatuuri muutustest tulenev lisaviga ei ületa 1% iga 10 K (°C) temperatuurimuutuse kohta vahemikus 273–323 K (0–50 °C).

Soojusvoo muunduri temperatuurimuutusest tulenev lisaviga ei ületa 0,83% temperatuurimuutuse 10 K (°C) kohta vahemikus 273–243 K (0 kuni miinus 30 °C).

5. Soojusvoo muunduri soojustakistus - mitte rohkem kui 3·10 (kv/m·K)/W.

6. Näidustuste määramise aeg ei ületa 3,5 minutit.

7. Korpuse üldmõõtmed - 290x175x100 mm.

8. Soojusvoo muunduri üldmõõtmed: läbimõõt 27 mm, paksus 1,85 mm.

9. Mõõteseadme üldmõõtmed - 215x115x90 mm.

10 Ühendusjuhtme pikkus - 7 m.

11. Seadme kaal ilma korpuseta - mitte rohkem kui 2,5 kg.

12. Toide - 3 elementi "316".

Lisa 2

Soojusvoo muunduri kalibreerimismeetod

Valmistatud soojusvoo muundur kalibreeritakse paigalduskohas ehitusmaterjalide soojusjuhtivuse määramiseks vastavalt standardile GOST 7076-78, millesse paigaldatakse katsenäidise asemel kalibreeritud muundur ja etalonmaterjali näidis vastavalt standardile GOST 8.140-82. .

Kalibreerimisel tuleb paigaldise temperatuuri kontrollplaadi ja konverteri välise etalonnäidise vaheline ruum täita konverteri materjaliga termofüüsikaliste omaduste poolest sarnase materjaliga, et tagada läbiva soojusvoo ühemõõtmelisus. see installi tööosas. E.m.f mõõtmine muunduril ja etalonnäidis teostatakse ühe käesoleva standardi punktis 2.6 loetletud seadmega.

Anduri kalibreerimiskoefitsient W / (sq.m mV) antud katse keskmisel temperatuuril leitakse soojusvoo tiheduse ja emf mõõtmise tulemustest. vastavalt järgmisele suhtele

Soojusvoo tihedus arvutatakse võrdlusproovi temperatuuri erinevuse mõõtmise tulemuste põhjal valemi järgi


kus		võrdlusmaterjali soojusjuhtivus, W/(m.K);
		standardi ülemise ja alumise pinna temperatuur vastavalt K(°С);
		standardpaksus, m

Anduri kalibreerimisel on katsetes soovitatav valida keskmine temperatuur vahemikus 243 kuni 323 K (miinus 30 kuni pluss 50 °C) ja hoida seda kõrvalekaldega mitte rohkem kui ±2 K (°C). .

Anduri koefitsiendi määramise tulemus loetakse vähemalt 10 katse mõõtmistulemuste põhjal arvutatud väärtuste aritmeetiliseks keskmiseks. Anduri kalibreerimisteguri väärtuses arvestatavate numbrite arv võetakse vastavalt mõõtmisveale.

Anduri temperatuurikoefitsient K () leitakse emf mõõtmistulemustest. kalibreerimiskatsetes anduri erinevatel keskmistel temperatuuridel vastavalt suhtele


kus ,	Anduri keskmised temperatuurid kahes katses, K (°C);
	Anduri kalibreerimiskoefitsiendid vastavalt keskmisel temperatuuril ja , W/(sq.m V).

Keskmiste temperatuuride erinevus peab olema vähemalt 40 K (°C).

Anduri temperatuurikoefitsiendi määramise tulemuseks võetakse tiheduse aritmeetiline keskmine väärtus, mis on arvutatud vähemalt 10 erineva anduri keskmise temperatuuriga katse tulemuste põhjal.

Soojusvoo muunduri kalibreerimisteguri väärtus katsetemperatuuril W / (sq.m mV) leitakse järgmise valemiga

kus

(Anduri kalibreerimiskoefitsiendi väärtus katsetemperatuuril

W/(sq.m.mV)

Mõõteseadme tüüp ja number


Aia tüüp		Instrumendi näit, mV		Soojusvoo tiheduse väärtus
kapsasupp konst-	Partii number	Mõõtmisnumber	Saidi keskmine	skaleeritud	kehtiv
ruktsioonid

Operaatori allkiri _______________________

Mõõtmiste kuupäev ___________

Dokumendi teksti kontrollivad:

ametlik väljaanne

NSVL Gosstroy -

M.: Standardite kirjastus, 1988

20.03.2014

Hoone välispiiret läbivate soojusvoogude tiheduse mõõtmine. GOST 25380-82

Soojusvoog – soojushulk, mis kantakse läbi isotermilise pinna ajaühikus. Soojusvoogu mõõdetakse vattides või kcal / h (1 W \u003d 0,86 kcal / h). Soojusvoogu isotermilise pinnaühiku kohta nimetatakse soojusvoo tiheduseks või soojuskoormuseks; tavaliselt tähistatakse q-ga, mõõdetuna W / m 2 või kcal / (m 2 × h). Soojusvoo tihedus on vektor, mille mis tahes komponent on arvuliselt võrdne soojushulgaga, mis kantakse läbi ajaühikus läbi võetava komponendi suunaga risti oleva pinnaühiku.

Hoone välispiiret läbivate soojusvoogude tiheduse mõõtmine toimub vastavalt standardile GOST 25380-82 “Hooned ja rajatised. Hoone välispiirdet läbivate soojusvoogude tiheduse mõõtmise meetod“.

See GOST kehtestab meetodi soojusvoo tiheduse mõõtmiseks, mis läbib ühe- ja mitmekihilisi hoonete ja rajatiste - avalike, elamute, põllumajandus- ja tööstushoonete - ümbritsevaid konstruktsioone.

Praegu pööratakse nii hoonete ehitamisel, vastuvõtmisel ja ekspluateerimisel kui ka elamu- ja kommunaalsektoris suurt tähelepanu valminud ehituse ja siseviimistluse kvaliteedile, elamute soojapidavusele, aga ka energiasäästule.

Oluline hindamisparameeter on sel juhul soojuse tarbimine isolatsioonikonstruktsioonidest. Hoone välispiirete soojuskaitse kvaliteedi katseid saab läbi viia erinevatel etappidel: hoonete kasutuselevõtu ajal, lõpetatud ehitusplatsidel, ehitamise ajal, konstruktsioonide kapitaalremondi ajal ja hoonete ekspluatatsiooni ajal hoonete energiapasside koostamiseks. ja kaebuste kohta.

Soojusvoo tiheduse mõõtmised tuleks läbi viia ümbritseva õhu temperatuuril -30 kuni +50 °C ja suhtelisel õhuniiskusel mitte üle 85%.

Soojusvoo tiheduse mõõtmised võimaldavad hinnata hoone välispiirdet läbivat soojusvoogu ja seeläbi määrata hoone ja ehitise välispiirete soojustõhusust.

See standard ei ole kohaldatav valgust läbivate konstruktsioonide (klaas, plast jne) soojusliku toimivuse hindamiseks.

Mõelgem, millel põhineb soojusvoo tiheduse mõõtmise meetod. Hoone (konstruktsiooni) väliskonstruktsioonile paigaldatakse plaat (nn "abisein"). Sellel "abiseinal" tekkiv temperatuurierinevus on võrdeline selle tihedusega soojusvoo suunas. Temperatuuride erinevus muundatakse termopaareide elektromotoorjõuks, mis paiknevad "abiseinal" ja on orienteeritud paralleelselt soojusvooluga ning on ühendatud jadamisi vastavalt genereeritud signaalile. "Abisesein" ja termopaari virn koos moodustavad mõõtemuunduri soojusvoo tiheduse mõõtmiseks.

Termopaari akude elektromotoorjõu mõõtmise tulemuste põhjal arvutatakse soojusvoo tihedus eelkalibreeritud muunduritel.

Soojusvoo tiheduse mõõtmise skeem on näidatud joonisel.

1 - ümbritsev konstruktsioon; 2 - soojusvoo muundur; 3 - emf-meeter;

t sisse, t n- sise- ja välisõhu temperatuur;

τ n, τ sisse, τ’ sisse- ümbritseva konstruktsiooni välis- ja sisepindade temperatuur vastavalt muunduri lähedal ja all;

R1, R2- hoone välispiirete ja soojusvoo muunduri soojustakistus;

q 1, q 2- soojusvoo tihedus enne ja pärast muunduri kinnitamist

Infrapunakiirguse allikad. Infrapunakaitse töökohtadel

Infrapunakiirguse (IR) allikaks on igasugune kuumutatud keha, mille temperatuur määrab eralduva elektromagnetilise energia intensiivsuse ja spektri. Soojuskiirguse maksimaalse energiaga lainepikkus määratakse järgmise valemiga:

λ max = 2,9-103 / T [µm] (1)

kus T on kiirgava keha absoluutne temperatuur, K.

Infrapunakiirgus jaguneb kolmeks valdkonnaks:

lühilaine (X \u003d 0,7 - 1,4 mikronit);
keskmine laine (k \u003d 1,4–3,0 mikronit):
pika lainepikkusega (k = 3,0 μm - 1,0 mm).

Inimkehale avaldavad IR-vahemikus olevad elektrilained peamiselt termilist mõju. Selle mõju hindamisel võetakse arvesse järgmist:

maksimaalse energiaga laine pikkus ja intensiivsus;

eralduva pinna pindala;

kokkupuute kestus tööpäeva jooksul;

pideva kokkupuute kestus;

füüsilise töö intensiivsus;

õhu liikumise intensiivsus töökohal;

kanga tüüp, millest kombinesoon on valmistatud;

keha individuaalsed omadused.

Lühilainevahemik hõlmab kiiri lainepikkusega λ ≤ 1,4 μm. Neid iseloomustab võime tungida inimkeha kudedesse mitme sentimeetri sügavusele. See kokkupõrge põhjustab inimese erinevatele organitele ja kudedele tõsist kahjustust koos raskendavate tagajärgedega. Lihaste, kopsude ja teiste kudede temperatuur tõuseb. Vereringe- ja lümfisüsteemis moodustuvad spetsiifilised bioloogiliselt aktiivsed ained. Kesknärvisüsteemi töö on häiritud.

Kesklaine vahemikku kuuluvad kiired lainepikkusega λ = 1,4 - 3,0 μm. Need tungivad ainult naha pindmistesse kihtidesse ja seetõttu piirdub nende mõju inimorganismile avatud nahapiirkondade temperatuuri tõusuga ja kehatemperatuuri tõusuga.

Pika lainepikkuse vahemik - kiired lainepikkusega λ > 3 μm. Mõjutades inimkeha, põhjustavad need kõige tugevama temperatuuri tõusu avatud nahapiirkondades, mis häirib hingamis- ja kardiovaskulaarsüsteemi aktiivsust ning rikub orgasmi termilist tasakaalu, põhjustades kuumarabanduse.

Vastavalt standardile GOST 12.1.005-88 ei tohiks töötajate termilise kokkupuute intensiivsus tehnoloogiliste seadmete ja valgustusseadmete kuumutatud pindadelt ületada: 35 W / m 2, kui kiiritatakse rohkem kui 50% kehapinnast; 70 W/m 2 kokkupuutel 25–50% kehapinnast; 100 W / m 2 kiiritusega kuni 25% kehapinnast. Avatud allikatest (kuumutatud metall ja klaas, lahtine leek) ei tohiks soojuskiirguse intensiivsus ületada 140 W / m 2 kokkupuutel kuni 25% kehapinnast ja isikukaitsevahendite kohustuslik kasutamine, sealhulgas näo- ja silmade kaitse.

Standardid piiravad ka seadmete köetavate pindade temperatuuri tööpiirkonnas, mis ei tohiks ületada 45 °C.

Seadme pinnatemperatuur, mille sees on 100 °C lähedal, ei tohi ületada 35 °C.

Infrapunakiirguse eest kaitsmise peamised tüübid on järgmised:

1. ajakaitse;

2. kauguskaitse;

3. kuumade pindade varjestus, soojusisolatsioon või jahutamine;

4. inimkeha soojusülekande suurenemine;

5. isikukaitsevahendid;

6. soojusallika kõrvaldamine.

Ekraanid on kolme tüüpi:

läbipaistmatu;

· läbipaistev;

poolläbipaistev.

Läbipaistmatutes ekraanides, kui elektromagnetiliste võnkumiste energia interakteerub ekraani ainega, muundatakse see soojusenergiaks. Selle transformatsiooni tulemusena ekraan kuumeneb ja see ise muutub soojuskiirguse allikaks. Allika vastas oleva ekraanipinna kiirgust käsitletakse tavaliselt allikast ülekantud kiirgusena. Võimalik on arvutada ekraani pindalaühikut läbiva soojusvoo tihedus.

Läbipaistvate ekraanidega on asjad teisiti. Ekraani pinnale langev kiirgus jaotub selle sees vastavalt geomeetrilise optika seadustele. See seletab selle optilist läbipaistvust.

Läbipaistvatel ekraanidel on nii läbipaistvad kui ka läbipaistmatud omadused.

· soojust peegeldav;

· soojust neelav;

soojust hajutav.

Tegelikult on kõigil ekraanidel ühel või teisel määral omadus soojust neelata, peegeldada või hajutada. Seetõttu sõltub ekraani määratlus konkreetsele rühmale sellest, milline omadus on kõige tugevamalt väljendatud.

Soojust peegeldavaid ekraane eristab pinna madal mustus. Seetõttu peegeldavad nad enamikku neile langevatest kiirtest.

Soojust neelavad ekraanid hõlmavad ekraane, mille materjalil, millest need on valmistatud, on madal soojusjuhtivuse koefitsient (kõrge soojustakistus).

Läbipaistvad kiled või vesikardinad toimivad soojust eemaldavate ekraanidena. Kasutada võib ka klaasist või metallist kaitsekontuuride sees olevaid ekraane.

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

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

q 3 - IR-kiirguse voo tihedus kaitse kasutamisega, W / m 2;

t on infrapunakiirguse temperatuur ilma kaitset kasutamata, °С;

t 3 - IR-kiirguse temperatuur kaitse kasutamisel, ° С.

Kasutatud aparatuur

Hoone välispiiret läbivate soojusvoogude tiheduse mõõtmiseks ja soojuskilpide omaduste kontrollimiseks töötasid meie spetsialistid välja seeria seadmed.

Soojusvoo tiheduse mõõtmisvahemik: 10 kuni 250, 500, 2000, 9999 W/m2

Kasutusala:

· Ehitus;

energiaobjektid;

teaduslikud uuringud jne.

Soojusvoo tiheduse mõõtmine erinevate materjalide soojusisolatsiooniomaduste näitajana toimub seeria seadmetega:

· piirdekonstruktsioonide termotehnilised katsed;

soojuskadude määramine veeküttevõrkudes;

laboritööde läbiviimine ülikoolides (osakonnad "Eluohutus", "Tööstusökoloogia" jne).

Joonisel on prototüüpstend "Tööpiirkonna õhu parameetrite määramine ja kaitse termiliste mõjude eest" BZhZ 3 (tootja Intos + LLC).

Stendil on soojuskiirguse allikas (kodureflektor). Allika ette asetatakse erinevatest materjalidest (metall, kangas jne) ekraanid. Seade asetatakse ruumimudeli sees ekraani taha erinevatele kaugustele ekraanist. Ruumimudeli kohale on kinnitatud ventilaatoriga väljatõmbekubu. Seade on lisaks soojusvoo tiheduse mõõtmiseks mõeldud sondile varustatud sondiga mudeli sees õhutemperatuuri mõõtmiseks. Üldiselt on stend visuaalne mudel erinevate soojuskaitseliikide ja lokaalse ventilatsioonisüsteemi tõhususe hindamiseks.

Aluse abil määratakse ekraanide kaitseomaduste efektiivsus sõltuvalt nende valmistamise materjalidest ja kaugusest ekraanist soojuskiirguse allikani.

Seadme IPP-2 tööpõhimõte ja disain

Struktuurselt on seade valmistatud plastikust korpuses. Seadme esipaneelil on neljakohaline LED indikaator, juhtnupud; külgpinnal on pistikud seadme ühendamiseks arvutiga ja võrguadapteriga. Ülemisel paneelil on pistik primaarmuunduri ühendamiseks.

Seadme välimus

1 - Aku oleku LED

2 - Läve rikkumise LED indikaator

3 - Mõõteväärtuse indikaator

4 - Ühendus mõõteanduri jaoks

5 , 6 - Juhtnupud

7 - Konnektor arvutiga ühendamiseks

8 - Võrguadapteri pistik

Toimimispõhimõte

Seadme tööpõhimõte põhineb temperatuuri erinevuse mõõtmisel "abiseinal". Temperatuuride erinevuse suurus on võrdeline soojusvoo tihedusega. Temperatuuri erinevust mõõdetakse sondiplaadi sees asuva lindi termopaari abil, mis toimib "abiseinana".

Seadme mõõtmiste ja töörežiimide näit

Seade küsitleb mõõteandurit, arvutab soojusvoo tiheduse ja kuvab selle väärtuse LED-indikaatoril. Sondi küsitluse intervall on umbes üks sekund.

Mõõtmiste registreerimine

Mõõtesondist saadud andmed kirjutatakse kindla perioodiga seadme püsimällu. Perioodi seadistamine, andmete lugemine ja vaatamine toimub tarkvara abil.

Kommunikatsiooniliides

Digitaalse liidese abil saab seadmest lugeda hetke temperatuuri mõõteväärtusi, kogunenud mõõteandmeid, muuta seadme seadistusi. Mõõteseade saab RS-232 digitaalliidese kaudu töötada arvuti või muude kontrolleritega. Vahetuskursi RS-232 liidese kaudu saab kasutaja seadistada vahemikus 1200 kuni 9600 bps.

Seadme omadused:

võimalus seada heli- ja valgusalarmide lävesid;
mõõdetud väärtuste ülekandmine arvutisse RS-232 liidese kaudu.

Seadme eeliseks on võimalus ühendada seadmega vaheldumisi kuni 8 erinevat soojusvoo andurit. Igal sondil (anduril) on oma individuaalne kalibreerimistegur (teisendustegur Kq), mis näitab, kui palju muutub anduri pinge soojusvoo suhtes. Seda koefitsienti kasutab seade sondi kalibreerimiskarakteristiku koostamiseks, mis määrab soojusvoo praeguse mõõdetud väärtuse.

Soojusvoo tiheduse mõõtmiseks mõeldud sondide modifikatsioonid:

Soojusvoo sondid on ette nähtud pinna soojusvoo tiheduse mõõtmiseks vastavalt standardile GOST 25380-92.

Soojusvoo sondide välimus

1. PTP-ХХХП vedruga press-tüüpi soojusvoo sond on saadaval järgmistes modifikatsioonides (olenevalt soojusvoo tiheduse mõõtmisvahemikust):

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

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

2. Soojusvoo sond "mündi" kujul painduval kaablil PTP-2.0.

Soojusvoo tiheduse mõõtepiirkond: 10 kuni 2000 W/m 2 .

Temperatuurianduri muudatused:

Temperatuurisondide välimus

1. Pt1000 termistoril põhinevad sukeltermopaarid TPP-A-D-L (takistustermopaarid) ja ТХА-А-D-L termopaarid ХА (elektrilised termopaarid) on mõeldud erinevate vedelate ja gaasiliste materjalide temperatuuri mõõtmiseks, samuti puistematerjalide jaoks.

Temperatuuri mõõtmise vahemik:

CCI-A-D-L jaoks: -50 kuni +150 °С;

THA-A-D-L puhul: -40 kuni +450 °C.

Mõõdud:

D (läbimõõt): 4, 6 või 8 mm;

L (pikkus): 200 kuni 1000 mm.

2. Termopaaril ХА (elektriline termopaar) põhinev termopaar ТХА-А-D1/D2-LП on mõeldud tasase pinna temperatuuri mõõtmiseks.

Mõõdud:

D1 ("metallist tihvti" läbimõõt): 3 mm;

D2 (aluse läbimõõt - "plaaster"): 8 mm;

L ("metallist tihvti" pikkus): 150 mm.

3. Termopaaril ХА (elektriline termopaar) põhinev termopaar ТХА-А-D-LC on mõeldud silindriliste pindade temperatuuri mõõtmiseks.

Temperatuuri mõõtmise vahemik: -40 kuni +450 °С.

Mõõdud:

D (läbimõõt) - 4 mm;

L ("metallist tihvti" pikkus): 180 mm;

Lindi laius - 6 mm.

Söötme soojuskoormuse tiheduse mõõtmise seadme tarnekomplekt sisaldab:

1. Soojusvoo tiheduse mõõtja (mõõteühik).

2. Soond soojusvoo tiheduse mõõtmiseks.*

3. Temperatuuriandur.*

4. Tarkvara.**

5. Kaabel personaalarvutiga ühendamiseks. **

6. Kalibreerimistunnistus.

7. Seadme kasutusjuhend ja pass.

8. Termoelektriliste muundurite (temperatuuri andurid) pass.

9. Soojusvoo tiheduse anduri pass.

10. Võrguadapter.

* – Mõõtevahemikud ja sondi konstruktsioon määratakse kindlaks tellimisetapis

** – Kaubad tarnitakse eritellimusel.

Seadme tööks ettevalmistamine ja mõõtmiste tegemine

1. Eemaldage seade pakendist. Kui seade tuuakse külmast sooja ruumi, on vaja lasta seadmel vähemalt 2 tundi toatemperatuurini soojeneda.

2. Laadige akusid, ühendades seadmega vahelduvvooluadapteri. Täielikult tühjenenud aku laadimisaeg on vähemalt 4 tundi. Laetava aku tööea pikendamiseks on soovitatav kord kuus täielikult tühjendada, kuni seade automaatselt välja lülitub ja seejärel täielikult laetakse.

3. Ühendage mõõteseade ja mõõtesond ühenduskaabliga.

4. Kui komplekteerite seadme tarkvaraga kettaga, installige see arvutisse. Ühendage seade sobivate ühenduskaablitega arvuti vaba COM-porti.

5. Lülitage seade sisse, vajutades lühidalt nuppu "Vali".

6. Kui seade on sisse lülitatud, viiakse läbi seadme enesetest 5 sekundi jooksul. Sisemiste rikete korral annab indikaatoril olev seade märku rikke numbrist, millega kaasneb helisignaal. Pärast edukat testimist ja allalaadimise lõpetamist kuvab indikaator soojusvoo tiheduse hetkeväärtuse. Katsetõrgete ja muude seadme töös esinevate vigade selgitus on toodud jaotises 6 käesolevast kasutusjuhendist.

7. Pärast kasutamist lülitage seade välja, vajutades lühidalt nuppu "Vali".

8. Kui seadet kavatsetakse pikka aega (üle 3 kuu) hoiustada, tuleb patareid patareipesast eemaldada.

Allpool on diagramm ümberlülitumisest režiimis "Töötamine".

Mõõtmiste ettevalmistamine ja läbiviimine hoone välispiirete termilisel katsetamisel.

1. Soojusvoo tiheduse mõõtmine toimub reeglina hoonete ja rajatiste piirdekonstruktsioonide seestpoolt.

Soojusvoogude tihedust on lubatud mõõta väliskonstruktsioonide välisküljelt, kui seda ei ole võimalik mõõta seestpoolt (agressiivne keskkond, õhuparameetrite kõikumine), eeldusel, et pinnal säilib stabiilne temperatuur. Soojusülekande tingimuste kontroll toimub temperatuurianduri ja soojusvoo tiheduse mõõtmise vahendite abil: 10 minuti mõõtmisel. nende näidud peavad jääma instrumentide mõõtmisvea piiridesse.

2. Pinnaalad valitakse spetsiifilised või iseloomulikud kogu katsetatavale hoonekarbile, olenevalt vajadusest mõõta lokaalset või keskmist soojusvoo tihedust.

3. Piiravate konstruktsioonide pindasid, millele soojusvoo muundur on paigaldatud, puhastatakse kuni nähtava ja katsutava kareduse kõrvaldamiseni.

4. Andur surutakse tihedalt üle kogu pinna ümbritseva konstruktsiooni külge ja fikseeritakse sellesse asendisse, tagades soojusvoo muunduri pideva kontakti uuritavate alade pinnaga kõigi järgnevate mõõtmiste ajal.

Anduri saab kinnitada piki selle külgpinda, kasutades ehituskipsi, tehnilise vaseliini, plastiliini, vedruga varda ja muid vahendeid, mis välistavad soojusvoo moonutamise mõõtmistsoonis.

5. Soojusvoo tiheduse töömõõtmisel liimitakse muunduri lahtine pind materjalikihiga või värvitakse üle sama või sarnase emissiooniastmega värviga, mille emissioon on Δε ≤ 0,1, nagu on materjali materjal. ümbritseva konstruktsiooni pinnakiht.

6. Lugemisseade asub mõõtmiskohast 5-8 m kaugusel või kõrvalruumis, et välistada vaatleja mõju soojusvoo väärtusele.

7. Kasutades emf-i mõõtmiseks seadmeid, millel on piirangud ümbritseva õhu temperatuurile, asetatakse need nende seadmete tööks vastuvõetava õhutemperatuuriga ruumi ning nendega ühendatakse soojusvoo muundur pikendusjuhtmete abil.

8. Nõudluspunktile 7 vastav seade on ette valmistatud tööks vastavalt vastava seadme kasutusjuhendile, sh võttes arvesse seadme vajalikku kokkupuuteaega, et kehtestada selles uus temperatuurirežiim.

Mõõtmiste ettevalmistamine ja võtmine

(laboritöö käigus laboritöö “Infrapunakiirguse eest kaitsmise vahendite uurimine” näitel)

Ühendage IR-allikas pistikupessa. Lülitage sisse IR-kiirguse allikas (ülemine osa) ja soojusvoo tiheduse mõõtja IPP-2.

Paigaldage soojusvoo tiheduse mõõtja pea 100 mm kaugusele IR-kiirguse allikast ja määrake soojusvoo tihedus (kolme kuni nelja mõõtmise keskmine väärtus).

Liigutage statiivi käsitsi mööda joonlauda, seades mõõtepea tabeli 1 kujul näidatud kaugustele kiirgusallikast ja korrake mõõtmisi. Sisestage mõõteandmed tabeli 1 kujul.

Koostage graafik infrapunavoo tiheduse sõltuvusest kaugusest.

Korrake mõõtmisi vastavalt lõikudele. 1 - 3 erinevate kaitseekraanidega (soojust peegeldav alumiinium, soojust neelav kangas, mustjas pinnaga metall, segatud - kettpost). Sisestage mõõteandmed tabeli kujul 1. Joonistage iga ekraani jaoks IR-kiirguse voo tiheduse sõltuvuse kaugusest graafikud.

Tabeli vorm 1

Hinnake ekraanide kaitsetoime efektiivsust valemi (3) järgi.

Paigaldage kaitseekraan (õpetaja juhiste järgi), asetage sellele tolmuimeja lai hari. Lülitage tolmuimeja sisse õhu sisselaskerežiimis, simuleerides väljatõmbeventilatsiooni seadet, ja 2-3 minuti pärast (pärast ekraani termilise režiimi kehtestamist) määrake soojuskiirguse intensiivsus samadel vahemaadel nagu punktis 3. Hinnake kombineeritud termokaitse tõhusus valemiga (3 ).

Soojuskiirguse intensiivsuse sõltuvus kaugusest antud ekraani jaoks väljatõmbeventilatsiooni režiimis tuleks joonistada üldgraafikule (vt punkt 5).

Määrake kaitse tõhusus, mõõtes valemi (4) abil antud ekraani temperatuuri koos väljatõmbeventilatsiooniga ja ilma.

Koostage väljatõmbeventilatsiooni ja ilma selleta kaitse tõhususe graafikud.

Lülitage tolmuimeja puhurirežiimile ja lülitage see sisse. Suunates õhuvoolu antud kaitseekraani pinnale (duširežiim), korrake mõõtmisi vastavalt lõigetele. 7 - 10. Võrrelge lõikude mõõtmistulemusi. 7-10.

Kinnitage tolmuimeja voolik ühele nagile ja lülitage tolmuimeja sisse "puhuri" režiimis, suunates õhuvoolu peaaegu risti soojusvooluga (veidi poole) - õhkkardina imitatsioon. Mõõtke arvesti abil infrapunakiirguse temperatuuri ilma "puhurita" ja "puhuriga".

Koostage "puhuri" kaitseefektiivsuse graafikud vastavalt valemile (4).

Mõõtmistulemused ja nende tõlgendamine

(Laboratoorsete tööde näitel teemal "Infrapunakiirguse eest kaitsmise vahendite uurimine" ühes Moskva tehnikaülikoolis).

Tabel.
Elektrikamin EXP-1,0/220.
Riiul vahetatavate ekraanide paigutamiseks.
Rack mõõtepea paigaldamiseks.
Soojusvoo tiheduse mõõtja.
Joonlaud.
Tolmuimeja Typhoon-1200.

IR-kiirguse intensiivsus (vootihedus) q määratakse järgmise valemiga:

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

kus S on kiirgava pinna pindala, m 2 ;

T on kiirgava pinna temperatuur K;

r - kaugus kiirgusallikast, m.

Üks levinumaid IR-kiirguse vastase kaitse liike on kiirgavate pindade varjestus.

Ekraanid on kolme tüüpi:

läbipaistmatu;

läbipaistev;

poolläbipaistev.

Vastavalt tööpõhimõttele jagunevad ekraanid järgmisteks osadeks:

soojust peegeldav;

soojust neelav;

soojust eemaldav.

Soojuskiirguse eest kaitsmise tõhusus kilpide E abil määratakse valemitega:

E \u003d (q - q 3) / q

kus q on IR-kiirguse voo tihedus ilma kaitset kasutamata, W / m 2;

q3 - IR-kiirguse voo tihedus kaitse kasutamisega, W/m 2 .

Kaitseekraanide tüübid (läbipaistmatud):

1. Ekraan segatud - kettpost.

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

2. Mustunud pinnaga metallekraan.

E al+kaas \u003d (1550–210) / 1550 \u003d 0,86

3. Soojust peegeldav alumiiniumekraan.

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

Joonistame iga ekraani jaoks infrapunavoo tiheduse sõltuvuse kaugusest.

Nagu näeme, on ekraanide kaitsetegevuse efektiivsus erinev:

1. Segasõela minimaalne kaitseefekt - kettpost - 0,63;

2. Alumiiniumekraan mustaks muutunud pinnaga - 0,86;

3. Suurima kaitseefektiga on soojust peegeldav alumiiniumekraan - 0,99.

Normatiivviited

Hoone välispiirete ja tarindite soojustõhususe hindamisel ning reaalse soojustarbimise kindlakstegemisel läbi välispiirete kasutatakse järgmisi peamisi regulatiivseid dokumente:

· GOST 25380-82. Meetod hoone välispiirdeid läbivate soojusvoogude tiheduse mõõtmiseks.

Erinevate infrapunakiirguse eest kaitsmise vahendite soojusliku toimivuse hindamisel kasutatakse järgmisi peamisi regulatiivseid dokumente:

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Tööpiirkonna õhk. Üldised sanitaar- ja hügieeninõuded.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Kaitsevahendid infrapunakiirguse eest. Klassifikatsioon. Üldised tehnilised nõuded.

· GOST 12.4.123-83 “Tööohutusstandardite süsteem. Infrapunakiirguse vastase kollektiivse kaitse vahendid. Üldised tehnilised nõuded".

I. Hoone välispiirdet läbivate soojusvoogude tiheduse mõõtmine. GOST 25380-82.

Soojusvoog – soojushulk, mis kantakse läbi isotermilise pinna ajaühikus. Soojusvoogu mõõdetakse vattides või kcal / h (1 W \u003d 0,86 kcal / h). Soojusvoogu isotermilise pinnaühiku kohta nimetatakse soojusvoo tiheduseks või soojuskoormuseks; tavaliselt tähistatakse q-ga, mõõdetuna W / m2 või kcal / (m2 × h). Soojusvoo tihedus on vektor, mille mis tahes komponent on arvuliselt võrdne soojushulgaga, mis kantakse läbi ajaühikus läbi võetava komponendi suunaga risti oleva pinnaühiku.

Hoone välispiiret läbivate soojusvoogude tiheduse mõõtmised viiakse läbi vastavalt standardile GOST 25380-82 "Hooned ja rajatised. Hoone välispiiret läbivate soojusvoogude tiheduse mõõtmise meetod".

Soojusvoo tihedust mõõdetakse spetsiaalse seadme skaalal, mis sisaldab soojusvoo muundurit, või arvutatakse emf mõõtmise tulemuste põhjal. eelkalibreeritud soojusvoo anduritel.

Soojusvoo tiheduse mõõtmise skeem on näidatud joonisel.

1 - ümbritsev konstruktsioon; 2 - soojusvoolu muundur; 3 - emf-meeter;

tv, tn - sise- ja välisõhu temperatuur;

τн, τв, τ"в — ümbritseva konstruktsiooni välis- ja sisepindade temperatuur vastavalt muunduri lähedal ja all;

R1, R2 - hoone välispiirde ja soojusvoo muunduri soojustakistus;

q1, q2 on soojusvoo tihedus enne ja pärast anduri kinnitamist

II. Infrapunakiirgus. Allikad. Kaitse.

Kaitse infrapunakiirguse eest töökohal.

λmax = 2,9–103 / T [µm] (1)

kus T on kiirgava keha absoluutne temperatuur, K.

Infrapunakiirgus jaguneb kolmeks valdkonnaks:

lühilaine (X = 0,7 - 1,4 mikronit);

keskmine laine (k \u003d 1,4–3,0 mikronit):

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

Infrapunakiirguse elektrilained avaldavad inimkehale peamiselt termilist mõju. Sel juhul on vaja arvestada: intensiivsust ja lainepikkust maksimaalse energiaga; kiiritatud pindala; kokkupuute kestus tööpäevas ja pideva kokkupuute kestus; füüsilise töö intensiivsus ja õhu liikuvus töökohal; kombinesooni kvaliteet; töötaja individuaalsed omadused.

Lühilainevahemiku kiirtel lainepikkusega λ ≤ 1,4 μm on võime tungida inimkeha koesse mitme sentimeetri võrra. Selline IR-kiirgus tungib kergesti läbi naha ja kolju ajukoesse ning võib mõjutada ajurakke, põhjustades raskeid ajukahjustusi, mille sümptomiteks on oksendamine, pearinglus, naha veresoonte laienemine, vererõhu langus ja vereringe halvenemine. ja hingamine, krambid, mõnikord teadvusekaotus. Lühilaineliste infrapunakiirtega kiiritamisel täheldatakse ka kopsude, neerude, lihaste ja teiste elundite temperatuuri tõusu. Veres, lümfis, tserebrospinaalvedelikus ilmnevad spetsiifilised bioloogiliselt aktiivsed ained, täheldatakse ainevahetushäireid, muutub kesknärvisüsteemi funktsionaalne seisund.

Keskmise lainevahemiku kiired lainepikkusega λ = 1,4 - 3,0 mikronit säilivad naha pinnakihtides 0,1 - 0,2 mm sügavusel. Seetõttu avaldub nende füsioloogiline toime organismile peamiselt naha temperatuuri tõusus ja keha kuumenemises.

Inimese nahapinna kõige intensiivsem kuumenemine toimub IR-kiirguse korral, mille λ > 3 µm. Selle mõjul häirub südame-veresoonkonna ja hingamisteede tegevus ning keha termiline tasakaal, mis võib viia kuumarabanduseni.

Soojuskiirguse intensiivsust reguleeritakse lähtuvalt inimese subjektiivsest kiirgusenergia tunnetusest. Vastavalt standardile GOST 12.1.005-88 ei tohiks töötajate termilise kokkupuute intensiivsus tehnoloogiliste seadmete ja valgustusseadmete kuumutatud pindadelt ületada: 35 W / m2 kokkupuutel rohkem kui 50% kehapinnast; 70 W/m2 kokkupuutel 25–50% kehapinnast; 100 W/m2, kui kiiritatakse mitte rohkem kui 25% kehapinnast. Avatud allikatest (kuumutatud metall ja klaas, lahtine leek) ei tohiks termilise kokkupuute intensiivsus ületada 140 W / m2, kui kokkupuude ei ületa 25% kehapinnast ning isikukaitsevahendite, sealhulgas näokaitsevahendite kohustuslik kasutamine ja silma.

Standardid piiravad ka seadmete köetavate pindade temperatuuri tööpiirkonnas, mis ei tohiks ületada 45 °C.

Seadme pinnatemperatuur, mille sees on temperatuur 100 0C lähedal, ei tohiks ületada 35 0C.

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

Infrapunakiirguse eest kaitsmise peamised tüübid on järgmised:

1. ajakaitse;

2. kauguskaitse;

3. kuumade pindade varjestus, soojusisolatsioon või jahutamine;

4. inimkeha soojusülekande suurenemine;

5. isikukaitsevahendid;

6. soojusallika kõrvaldamine.

Ajakaitse võimaldab piirata kiirguse piirkonnas tegutsevale kiirgusele kuluvat aega. Inimese ohutu viibimise aeg IR-kiirguse toimetsoonis oleneb selle intensiivsusest (voo tihedusest) ja määratakse tabeli 1 järgi.

Tabel 1

Inimeste ohutu viibimise aeg infrapunakiirgustsoonis

Ohutu kaugus määratakse valemiga (2) sõltuvalt tööpiirkonnas viibimise kestusest ja infrapunakiirguse lubatud tihedusest.

IR-kiirguse võimsust saab vähendada projekteerimis- ja tehnoloogiliste lahendustega (toodete kütterežiimi ja meetodi asendamine jne), samuti küttepindade katmisega soojusisolatsioonimaterjalidega.

Ekraanid on kolme tüüpi:

läbipaistmatu;

· läbipaistev;

poolläbipaistev.

Läbipaistmatutel ekraanidel muutub elektromagnetiliste võnkumiste energia, interakteerudes ekraani ainega, soojuseks. Sel juhul ekraan kuumeneb ja, nagu iga kuumutatud keha, muutub soojuskiirguse allikaks. Allikale vastassuunas oleva ekraanipinna kiirgust käsitletakse tinglikult allika edastatud kiirgusena. Läbipaistmatute ekraanide hulka kuuluvad: metall, alfa (alumiiniumfooliumist), poorsed (vahtbetoon, vahtklaas, paisutatud savi, pimss), asbest ja teised.

Läbipaistvates ekraanides levib kiirgus nende sees vastavalt geomeetrilise optika seadustele, mis tagab nähtavuse läbi ekraani. Need ekraanid on valmistatud erinevat tüüpi klaasist, kasutatud on ka kilevesikardinaid (vabad ja klaasist alla voolavad).

Läbipaistvad ekraanid ühendavad läbipaistvate ja mitteläbipaistvate ekraanide omadused. Nende hulka kuuluvad metallvõrgud, kettkardinad, metallvõrguga tugevdatud klaasekraanid.

· soojust peegeldav;

· soojust neelav;

soojust hajutav.

See jaotus on üsna meelevaldne, kuna igal ekraanil on võime soojust peegeldada, neelata ja eemaldada. Ekraani määramise ühele või teisele rühmale määrab see, milline selle võimetest on rohkem väljendunud.

Soojust peegeldavatel ekraanidel on madal pinnamustusaste, mille tulemusena peegeldavad nad olulise osa neile langevast kiirgusenergiast vastupidises suunas. Soojust peegeldavate materjalidena kasutatakse Alfol, lehtalumiinium, tsingitud teras.

Soojust neelavaid ekraane nimetatakse suure soojustakistusega (madala soojusjuhtivusega) materjalidest valmistatud ekraanideks. Soojust absorbeerivate materjalidena kasutatakse tulekindlaid ja soojust isoleerivaid telliseid, asbesti ja räbuvilla.

Soojust eemaldavate ekraanidena kasutatakse enim vesikardinaid, mis langevad vabalt kile kujul või niisutavad mõnda muud varjepinda (näiteks metallist) või on suletud spetsiaalsesse klaasist või metallist korpusesse.

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

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

q3 on IR-kiirguse voo tihedus kaitse kasutamisega, W/m2;

t on infrapunakiirguse temperatuur ilma kaitset kasutamata, °C;

t3 on IR-kiirguse temperatuur kaitse kasutamisega, °С.

Otse töötajale suunatud õhuvool võimaldab suurendada soojuse eemaldamist tema kehast keskkonda. Õhuvoolu kiiruse valik sõltub tehtud töö raskusastmest ja infrapunakiirguse intensiivsusest, kuid see ei tohiks ületada 5 m/s, kuna sel juhul kogeb töötaja ebamugavust (näiteks tinnitus). Õhkduššide efektiivsus suureneb, kui jahutada töökohta suunatavat õhku või segada sinna peenpihustatud vett (vesi-õhkdušš).

Isikukaitsevahenditena kasutatakse puuvillasest ja villasest riidest kombinesooni, metallkattega (kuni 90% IR-kiirgust peegeldava) kangaid. Silmade kaitsmiseks on mõeldud prillid, spetsiaalsete prillidega kilbid - kollakasrohelise või sinise värvi valgusfiltrid.

Terapeutilised ja ennetavad meetmed näevad ette ratsionaalse töö- ja puhkerežiimi korraldamise. Tööpauside kestuse ja nende sageduse määrab IR-kiirguse intensiivsus ja töö raskusaste. Koos perioodiliste kontrollidega viiakse läbi tervisekontroll kutsehaiguste ennetamiseks.

III. Kasutatud instrumendid.

Hoone välispiiret läbivate soojusvoogude tiheduse mõõtmiseks ja soojuskilpide omaduste kontrollimiseks töötasid meie spetsialistid välja seeria seadmed.

Kasutusala:

IPP-2 seeria seadmeid kasutatakse laialdaselt ehituses, teadusasutustes, erinevates energiarajatistes ja paljudes teistes tööstusharudes.

Soojusvoo tiheduse mõõtmine erinevate materjalide soojusisolatsiooniomaduste näitajana toimub IPP-2 seeria seadmetega:

Piirdekonstruktsioonide katsetamine;

Soojuskadude määramine veeküttevõrkudes;

Laboratoorsete tööde läbiviimine ülikoolides (osakonnad "Eluohutus", "Tööstusökoloogia" jne).

Joonisel on prototüüpstend "Tööpiirkonna õhu parameetrite määramine ja kaitse termiliste mõjude eest" BZhZ 3 (tootja Intos + LLC).

Stendil on majapidamises kasutatava helkuri näol soojuskiirguse allikas, mille ette on paigaldatud erinevatest materjalidest (riie, metallplekk, kettide komplekt jne) soojuskaitsekilp. Ekraani taha erinevatel kaugustel sellest ruumimudeli sees on paigutatud seade IPP-2, mis mõõdab soojusvoo tihedust. Ruumimudeli kohale asetatakse ventilaatoriga väljatõmbekubu. Mõõteseadmel IPP-2 on lisaandur, mis võimaldab mõõta ruumis õhutemperatuuri. Seega võimaldab alus BZhZ 3 mõõta erinevat tüüpi soojuskaitse ja lokaalse ventilatsioonisüsteemi tõhusust.

Stend võimaldab mõõta soojuskiirguse intensiivsust sõltuvalt kaugusest allikani, määrata erinevatest materjalidest valmistatud ekraanide kaitseomaduste efektiivsust.

IV. Seadme IPP-2 tööpõhimõte ja disain.

Struktuurselt on seadme mõõtesõlm valmistatud plastikust korpuses.

Töörežiimis teostab seade valitud parameetri tsüklilist mõõtmist. Tehakse üleminek soojusvoo tiheduse ja temperatuuri mõõtmise režiimide vahel, samuti aku laetuse näitamine protsentides 0% ... 100%. Režiimide vahel vahetamisel kuvatakse indikaatoril valitud režiimi vastav kiri. Seade võib teostada ka mõõdetud väärtuste perioodilist automaatset salvestamist püsimällu ajapõhiselt. Statistika salvestamise lubamine/keelamine, salvestusparameetrite seadistamine, akumuleeritud andmete lugemine toimub tellimuse alusel kaasasoleva tarkvara abil.

Iseärasused:

Heli- ja valgusalarmide lävede seadmise võimalus. Läviväärtused on vastava väärtuse lubatud muutuse ülemised või alumised piirid. Kui ülemist või alumist läviväärtust rikutakse, tuvastab seade selle sündmuse ja indikaatoril süttib LED-tuli. Kui seade on õigesti konfigureeritud, kaasneb lävede rikkumisega helisignaal.

· Mõõdetud väärtuste ülekandmine arvutisse RS 232 liidese kaudu.

Soojusvoo tiheduse mõõtmiseks mõeldud sondide modifikatsioonid:

Soojusvoo sondid on ette nähtud pinna soojusvoo tiheduse mõõtmiseks vastavalt standardile GOST 25380-92.

Soojusvoo sondide välimus

1. PTP-ХХХП vedruga press-tüüpi soojusvoo sond on saadaval järgmistes modifikatsioonides (olenevalt soojusvoo tiheduse mõõtmisvahemikust):

— PTP-2.0P: 10 kuni 2000 W/m2;

— PTP-9.9P: 10–9999 W/m2.

2. Soojusvoo sond "mündi" kujul painduval kaablil PTP-2.0.

Soojusvoo tiheduse mõõtmise vahemik: 10-2000 W/m2.

Temperatuurianduri muudatused:

Temperatuurisondide välimus

1. Pt1000 termistoril põhinevad sukeltermopaarid TPP-A-D-L (takistustermopaarid) ja XА termopaaridel põhinevad termopaarid ТХА-А-D-L (elektrilised termopaarid) on mõeldud erinevate vedelate ja gaasiliste materjalide, aga ka puistematerjalide temperatuuri mõõtmiseks.

Temperatuuri mõõtmise vahemik:

- Kaubandus-Tööstuskojale-A-D-L: -50 kuni +150 °С;

- ТХА-А-D-L jaoks: -40 kuni +450 °С.

Mõõdud:

- D (läbimõõt): 4, 6 või 8 mm;

- L (pikkus): 200 kuni 1000 mm.

2. Termopaar ТХА-А-D1/D2-LП XА termopaaril (elektriline termopaar) on mõeldud tasase pinna temperatuuri mõõtmiseks.

Mõõdud:

- D1 ("metallist tihvti" läbimõõt): 3 mm;

- D2 (aluse läbimõõt - "plaaster"): 8 mm;

- L ("metallist tihvti" pikkus): 150 mm.

3. Termopaaril ХА (elektriline termopaar) põhinev termopaar ТХА-А-D-LC on mõeldud silindriliste pindade temperatuuri mõõtmiseks.

Temperatuuri mõõtmise vahemik: -40 kuni +450 °С.

Mõõdud:

- D (läbimõõt) - 4 mm;

- L ("metallist tihvti" pikkus): 180 mm;

- lindi laius - 6 mm.

Söötme soojuskoormuse tiheduse mõõtmise seadme tarnekomplekt sisaldab:

2. Soond soojusvoo tiheduse mõõtmiseks.*

3. Temperatuuriandur.*

4. Tarkvara.**

5. Kaabel personaalarvutiga ühendamiseks. **

6. Kalibreerimistunnistus.

7. IPP-2 seadme kasutusjuhend ja pass.

8. Termoelektriliste muundurite (temperatuuri andurid) pass.

9. Soojusvoo tiheduse anduri pass.

10. Võrguadapter.

* - Mõõtevahemikud ja sondi konstruktsioon määratakse tellimisetapis

** - Ametikohad tarnitakse eritellimusel.

V. Seadme tööks ettevalmistamine ja mõõtmiste tegemine.

Seadme ettevalmistamine tööks.

Eemaldage seade pakendist. Kui seade tuuakse külmast sooja ruumi, on vaja lasta seadmel 2 tundi toatemperatuurini soojeneda. Laadige aku täis nelja tunni jooksul. Asetage sond kohta, kus mõõtmised tehakse. Ühendage sond instrumendiga. Kui seadet kasutatakse koos personaalarvutiga, tuleb seade ühendada ühenduskaabli abil arvuti vaba COM-porti. Ühendage võrguadapter seadmega ja installige tarkvara vastavalt kirjeldusele. Lülitage seade sisse, vajutades lühidalt nuppu. Vajaduse korral reguleerige seadet vastavalt punktile 2.4.6. Kasutusjuhendid. Personaalarvutiga töötades seadke seadme võrguaadress ja vahetuskurss vastavalt punktile 2.4.8. Kasutusjuhendid. Alusta mõõtmist.

Allpool on diagramm ümberlülitumisest režiimis "Töö".

Mõõtmiste ettevalmistamine ja läbiviimine hoone välispiirete termilisel katsetamisel.

1. Soojusvoo tiheduse mõõtmine toimub reeglina hoonete ja rajatiste piirdekonstruktsioonide seestpoolt.

Soojusvoogude tihedust on lubatud mõõta väliskonstruktsioonide välisküljelt, kui seda ei ole võimalik mõõta seestpoolt (agressiivne keskkond, õhuparameetrite kõikumine), eeldusel, et pinnal säilib stabiilne temperatuur. Soojusülekande tingimuste kontroll toimub temperatuurianduri ja soojusvoo tiheduse mõõtmise vahendite abil: 10 minuti mõõtmisel. nende näidud peavad jääma instrumentide mõõtmisvea piiridesse.

2. Pinnaalad valitakse spetsiifilised või iseloomulikud kogu katsetatavale hoonekarbile, olenevalt vajadusest mõõta lokaalset või keskmist soojusvoo tihedust.

3. Piiravate konstruktsioonide pindasid, millele soojusvoo muundur on paigaldatud, puhastatakse kuni nähtava ja katsutava kareduse kõrvaldamiseni.

Anduri saab kinnitada piki selle külgpinda, kasutades ehituskipsi, tehnilise vaseliini, plastiliini, vedruga varda ja muid vahendeid, mis välistavad soojusvoo moonutamise mõõtmistsoonis.

5. Soojusvoo tiheduse töömõõtmisel liimitakse anduri lahtine pind materjalikihiga või värvitakse üle värviga, mille emissioon on sama või sarnase emissiooniastmega, mille erinevus on 0,1 kui pinna materjalil. ümbritseva konstruktsiooni kiht.

6. Lugemisseade asub mõõtmiskohast 5-8 m kaugusel või kõrvalruumis, et välistada vaatleja mõju soojusvoo väärtusele.

Mõõtmiste ettevalmistamine ja võtmine

(laboritöö käigus laboritöö "Infrapunakiirguse vastaste kaitsevahendite uurimine" näitel).

Ühendage IR-allikas pistikupessa. Lülitage sisse IR-kiirguse allikas (ülemine osa) ja soojusvoo tiheduse mõõtja IPP-2.

Paigaldage soojusvoo tiheduse mõõtja pea 100 mm kaugusele IR-kiirguse allikast ja määrake soojusvoo tihedus (kolme kuni nelja mõõtmise keskmine väärtus).

Liigutage statiivi käsitsi mööda joonlauda, seades mõõtepea tabeli 1 kujul näidatud kaugustele kiirgusallikast ja korrake mõõtmisi. Sisestage mõõteandmed tabeli 1 kujul.

Koostage graafik infrapunavoo tiheduse sõltuvusest kaugusest.

Korrake mõõtmisi vastavalt lõikudele. 1 — 3 erinevate mõõtmiste andmed sisestada tabeli kujul 1. Koostage iga ekraani jaoks IR-kiirguse voo tiheduse sõltuvuse graafikud kaugusest.

Tabeli vorm 1

Hinda ekraanide kaitsetegevuse efektiivsust valemi (3) järgi.

Soojuskiirguse intensiivsuse sõltuvus kaugusest antud ekraani jaoks väljatõmbeventilatsiooni režiimis tuleks joonistada üldgraafikule (vt punkt 5).

Määrake kaitse tõhusus, mõõtes valemi (4) abil antud ekraani temperatuuri koos väljatõmbeventilatsiooniga ja ilma.

Koostage väljatõmbeventilatsiooni kaitse tõhususe ja ilma selleta graafikud.

Kinnitage tolmuimeja voolik ühele nagile ja lülitage tolmuimeja sisse "puhuri" režiimis, suunates õhuvoolu peaaegu risti soojusvooluga (veidi poole) - õhkkardina imitatsioon. Mõõtke IPP-2 meetri abil infrapunakiirguse temperatuur ilma "puhurita" ja "puhuriga".

Koostage "puhuri" kaitseefektiivsuse graafikud vastavalt valemile (4).

VI. Mõõtmistulemused ja nende tõlgendamine

(Laboratoorsete tööde näitel teemal "Infrapunakiirguse eest kaitsmise vahendite uurimine" ühes Moskva tehnikaülikoolis).

Tabel. Elektrikamin EXP-1,0/220. Riiul vahetatavate ekraanide paigutamiseks. Rack mõõtepea paigaldamiseks. Soojusvoo tiheduse mõõtja IPP-2M. Joonlaud. Tolmuimeja Typhoon-1200.

IR-kiirguse intensiivsus (vootihedus) q määratakse järgmise valemiga:

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

kus S on kiirgava pinna pindala, m2;

T on kiirgava pinna temperatuur K;

r on kaugus kiirgusallikast, m.

Üks levinumaid IR-kiirguse vastase kaitse liike on kiirgavate pindade varjestus.

Ekraanid on kolme tüüpi:

läbipaistmatu;

· läbipaistev;

poolläbipaistev.

Vastavalt tööpõhimõttele jagunevad ekraanid järgmisteks osadeks:

· soojust peegeldav;

· soojust neelav;

soojust hajutav.

Tabel 1

Soojuskiirguse eest kaitsmise tõhusus ekraanide E abil määratakse valemitega:

E \u003d (q - q3) / q

kus q on IR-kiirguse voo tihedus ilma kaitseta, W/m2;

q3 on infrapunakiirguse voo tihedus kaitse kasutamisega, W/m2.

Kaitseekraanide tüübid (läbipaistmatud):

1. Ekraan segatud - kettpost.

E-post = (1550–560) / 1550 = 0,63

2. Mustunud pinnaga metallekraan.

E al+kaas = (1550–210) / 1550 = 0,86

3. Soojust peegeldav alumiiniumekraan.

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

Joonistame iga ekraani jaoks infrapunavoo tiheduse sõltuvuse kaugusest.

Kaitse puudub

Nagu näeme, on ekraanide kaitsetegevuse efektiivsus erinev:

1. Segasõela minimaalne kaitseefekt - kettpost - 0,63;

2. Alumiiniumekraan mustaks muutunud pinnaga - 0,86;

3. Suurima kaitseefektiga on soojust peegeldav alumiiniumekraan - 0,99.

Hoone välispiirete ja tarindite soojustõhususe hindamisel ning reaalse soojustarbimise kindlakstegemisel läbi välispiirete kasutatakse järgmisi peamisi regulatiivseid dokumente:

· GOST 25380-82. Meetod hoone välispiirdeid läbivate soojusvoogude tiheduse mõõtmiseks.

Erinevate infrapunakiirguse eest kaitsmise vahendite soojusliku toimivuse hindamisel kasutatakse järgmisi peamisi regulatiivseid dokumente:

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Tööpiirkonna õhk. Üldised sanitaar- ja hügieeninõuded.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Kaitsevahendid infrapunakiirguse eest. Klassifikatsioon. Üldised tehnilised nõuded.

· GOST 12.4.123-83 “Tööohutusstandardite süsteem. Infrapunakiirguse vastase kollektiivse kaitse vahendid. Üldised tehnilised nõuded".