Hva måles ved overflatevarmeflukstetthet? Varmebølge

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

Mengden varme gjennom en overflateenhet per tidsenhet kalles varmeflukstetthet eller spesifikk varmestrøm og karakteriserer intensiteten av varmeoverføring.

Varmeflukstetthet q, er rettet vinkelrett på den isotermiske overflaten i retning motsatt av temperaturgradienten, dvs. i retning av synkende temperatur.

Hvis fordelingen er kjent q på overflaten F, deretter den totale mengden varme Qτ passerte gjennom denne overflaten i tid τ , funnet av ligningen:

og varmestrøm:

Hvis verdien q er konstant over overflaten som vurderes, da:

Fouriers lov

Denne loven angir mengden varmestrøm når varme overføres ved ledning. Den franske vitenskapsmannen J.B. Fourier i 1807 slo han fast at varmeflukstettheten gjennom en isoterm overflate er proporsjonal med temperaturgradienten:

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

Varmeflukstetthet i alle retninger l representerer projeksjonen på denne retningen av varmestrøm i normal retning:

Koeffisient for varmeledningsevne

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

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

Hvor λ o - varmeledningskoeffisient ved 0 °C;

β - temperaturkoeffisient.

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

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

Avhengigheten av den termiske ledningsevnen til noen metaller på temperaturen er vist i fig. 9.2.

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

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

Ris. 9.2. Temperaturens påvirkning på den termiske ledningsevnen til metaller

1 Grunnleggende begreper og definisjoner - temperaturfelt, gradient, varmestrøm, varmestrømtetthet (q, Q), Fouriers lov.

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

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

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

2. Termisk konduktivitetsligning, unikhetsforhold.

Differensialligningen for termisk ledningsevne er utledet med følgende forutsetninger:

Kroppen er homogen og isotropisk;

Fysiske parametere er konstante;

Deformasjonen av volumet som vurderes forbundet med en temperaturendring er svært liten sammenlignet med selve volumet;

Interne varmekilder i kroppen, som generelt kan gis som , fordeles jevnt.

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

Differensialligningen for termisk ledningsevne etablerer en forbindelse mellom tidsmessige og romlige endringer i temperatur på ethvert punkt i kroppen der prosessen med termisk ledningsevne skjer.

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

Og , Hvor - Laplace-operatør i det kartesiske koordinatsystemet.

Deretter .

Unikitetsbetingelser eller grensebetingelser inkluderer:

Geometriske forhold,

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

Termisk ledningsevne av en enkeltlags vegg.

Tenk på en homogen flat vegg med tykkelse d. Temperaturene tc1 og tc2 holdes konstant over tid på de ytre overflatene av veggen. Den termiske ledningsevnen til veggmaterialet er konstant og lik l.

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

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

Derfor (**).

Forskjellen i temperaturverdier i ligningen (**) kalles temperaturforskjell. Fra denne ligningen er det klart at varmeflukstettheten q varierer i direkte proporsjon med den termiske ledningsevnen l og temperaturforskjellen Dt og omvendt proporsjonal med veggtykkelsen d.

Forholdet kalles veggens varmeledningsevne, og dens inverse verdi er https://pandia.ru/text/78/654/images/image023_1.gif" width="213" height="25">.

Termisk ledningsevne l bør tas ved gjennomsnittlig veggtemperatur.

Termisk ledningsevne til en flerlags vegg.

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

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

Herfra har vi:

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

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

La oss vurdere den stasjonære prosessen med varmeoverføring gjennom en uendelig homogen flat vegg med tykkelse d. Den termiske ledningsevnen til veggen l, omgivelsestemperaturene tl1 og tl2, og varmeoverføringskoeffisienter a1 og a2 er spesifisert. Det er nødvendig å finne varmestrømmen fra den varme væsken til den kalde og temperaturene på veggflatene tc1 og tc2. Varmeflukstettheten fra det varme mediet til veggen bestemmes av ligningen: . Den samme varmestrømmen overføres ved termisk ledning gjennom en solid vegg: og fra den andre veggflaten til det kalde miljøet: DIV_ADBLOCK119">

Deretter https://pandia.ru/text/78/654/images/image035_0.gif" width="128" height="75 src="> – varmeoverføringskoeffisient, den numeriske verdien k uttrykker mengden varme som passerer gjennom en enhet veggflate per tidsenhet ved en temperaturforskjell mellom varme og kalde omgivelser på 1K og har samme måleenhet som varmeoverføringskoeffisienten, J/(s*m2K ) eller W/(m2K).

Den resiproke av varmeoverføringskoeffisienten kalles termisk motstand mot varmeoverføring:.

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

For flerlags vegg .

Varmeflukstetthet gjennom en flerlags vegg: .

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

For å finne mengden varme som passerer gjennom en sylindrisk vegg med et overflateareal F per tidsenhet, kan du bruke Fouriers lov:

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

Hvis vi tar varmefluksen per lengdeenhet av den sylindriske veggen, kan ligningen (*) skrives i formen https://pandia.ru/text/78/654/images/image056.gif" width="67" height="52 src="> er den termiske motstanden mot varmeledningsevnen til den sylindriske veggen.

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

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

La oss vurdere en homogen sylindrisk vegg av stor lengde med en indre diameter d1, en ytre diameter d2 og konstant termisk ledningsevne. Verdiene for temperaturen tl1 og kald tl2 til mediet og varmeoverføringskoeffisientene a1 og a2 er gitt. for stasjonær modus kan vi skrive:

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

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

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

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

Temperaturer ved grensen mellom lag: https://pandia.ru/text/78/654/images/image065.gif" width="145" height="29">; ; https://pandia.ru/text/78/654/images/image068.gif" width="160" height="25 src=">

Hvor – varmeoverføringskoeffisient for sfærisk vegg.

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

Grenseforholdjeg snill.

La det være en kule med radier av indre og ytre flater r1 og r2, konstant varmeledningsevne og med gitte jevnt fordelte overflatetemperaturer tc1 og tc2.

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

Integrering av ligningen gir følgende temperaturfordeling i det sfæriske laget:

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

Derfor , d - veggtykkelse.

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

8. Termiske motstander.

Enkeltlags flat vegg:

Grensebetingelser av 1. slag

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

Enkeltlags sylindrisk vegg:

Grensebetingelser av 1. slag

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

Grensebetingelser av 3. slag

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

9. Kritisk diameter på isolasjonen.

La oss vurdere tilfellet når røret er dekket med enkeltlags termisk isolasjon med en ytre diameter på d3. med tanke på varmeoverføringskoeffisientene a1 og a2, temperaturene til både væskene tl1 og tl2, den termiske ledningsevnen til røret 11 og isolasjonen 12 som gitt og konstant.

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

Extremum av funksjonen Rl – – kritisk diameter betegnet som dcr. Fungerer som en indikator på egnetheten til et materiale for bruk som termisk isolasjon for et rør med en gitt ytre diameter d2 ved en gitt varmeoverføringskoeffisient a2.

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

Se spørsmål 9. Diameteren på isolasjonen skal være større enn den kritiske diameteren til isolasjonen.

11. Varmeoverføring gjennom ribbeveggen. Finne koeffisient.

La oss vurdere en ribbevegg med tykkelse d og varmeledningsevne l. På den glatte siden er overflatearealet F1, og på den ribbede siden, F2. Temperaturer tl1 og tl2, konstant over tid, samt varmeoverføringskoeffisienter a1 og a2 er spesifisert.

La oss betegne temperaturen på den glatte overflaten som tc1. La oss anta at temperaturen på overflatene til ribbene og selve veggen er den samme og lik tc2. Denne antagelsen samsvarer generelt sett ikke med virkeligheten, men den forenkler beregninger og brukes ofte.

For tl1 > tl2 kan følgende uttrykk skrives for varmefluks Q:

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

Hvor – varmeoverføringskoeffisient for ribbevegg.

Når vi beregner varmeflukstettheten per enhet av ufinnet veggoverflate, får vi: . k1 – varmeoverføringskoeffisient relatert til den ufinnede veggoverflaten.

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

12. Ustabil varmeledningsevne. Veiledende punkt. Fysisk betydning av Bi, Fo.

Ikke-stasjonær termisk ledningsevne er en prosess der temperaturen på et gitt punkt av et fast legeme endres over tid; kombinasjonen av disse temperaturene danner et ikke-stasjonært temperaturfelt, hvis bestemmelse er hovedoppgaven til ikke-stasjonær termisk ledningsevne. Transiente varmeledningsprosesser er av stor betydning for oppvarming, ventilasjon, klimaanlegg, varmeforsyning og varmegenererende anlegg. Bygningsskap opplever tidsvarierende termiske påvirkninger både fra uteluften og fra rommet, og prosessen med ikke-stasjonær termisk ledningsevne oppstår derfor i massen av den omsluttende strukturen. Problemet med å finne et tredimensjonalt temperaturfelt kan formuleres i samsvar med prinsippene angitt i avsnittet "matematisk formulering av varmeoverføringsproblemer". Formuleringen av problemet inkluderer termisk konduktivitetsligning: , hvor er den termiske diffusivitetskoeffisienten m2/s, samt unikhetsforhold som gjør det mulig å velge en unik løsning fra settet med løsninger til ligningen som avviker i verdiene av integrasjonskonstantene.

Unikitetsbetingelser inkluderer start- og randbetingelser. Startbetingelsene spesifiserer verdiene for den ønskede funksjonen t ved det første tidspunktet gjennom hele regionen D. Som regionen D der det er nødvendig å finne temperaturfeltet, vil vi vurdere et rektangulært parallellepiped med dimensjonene 2d, 2ly, 2lz, for eksempel et element i en bygningskonstruksjon. Deretter kan startbetingelsene skrives på formen: ved t = 0 og - d £ x £ d; - ly£у£ly; -lz£z£lz vi har t = t(x, y, z,0) = t0(x, y, z). Fra denne registreringen er det klart at opprinnelsen til det kartesiske koordinatsystemet er lokalisert i sentrum av symmetrien til parallellepipedet.

La oss formulere grensebetingelsene i form av grensebetingelser av den tredje typen, som man ofte møter i praksis. Grensebetingelser av den tredje typen spesifiserer varmeoverføringskoeffisienten og omgivelsestemperaturen for ethvert tidspunkt ved grensene til region D. I det generelle tilfellet kan disse verdiene være forskjellige i forskjellige deler av overflaten S i region D. For tilfellet med samme varmeoverføringskoeffisient a over hele overflaten S og samme omgivelsestemperatur tl, kan grensebetingelser av den tredje typen ved t >0 skrives som: ; ;

Hvor . S – overflatebegrensningsområde D.

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

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

ligningen ;

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

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

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

Formuleringen av problemet i dimensjonsløs form inneholder en enkelt parameter - Biot-nummeret, som i dette tilfellet er et kriterium, siden det bare består av mengder som er inkludert i unikhetsbetingelsen. Bruken av Biot-tallet er assosiert med å finne temperaturfeltet i et fast stoff, derfor er nevneren Bi faststoffets varmeledningsevne. Bi er en forhåndsbestemt parameter og er et kriterium.

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

13. Ustabil varmeledningsevne for en uavgrenset flat vegg.

Se spørsmål 12.

17. Energiligning. Entydighetsforhold.

Energiligningen beskriver prosessen med varmeoverføring i et materialmiljø. Dessuten er distribusjonen assosiert med transformasjon til andre former for energi. Loven om bevaring av energi i forhold til prosessene for dens transformasjon er formulert i form av termodynamikkens første lov, som er grunnlaget for å utlede energiligningen. Mediet som varmen forplanter seg i antas å være kontinuerlig; den kan være stasjonær eller i bevegelse. Siden tilfellet med et bevegelig medium er mer generelt, bruker vi uttrykket for termodynamikkens første lov for strømning: (17.1) , hvor q – varmetilførsel, J/kg; h – entalpi, J/kg; w – mediets hastighet på det aktuelle punktet, m/s; g – akselerasjon av fritt fall; z - høyden som det betraktede elementet i miljøet befinner seg på, m; ltr – arbeid mot indre friksjonskrefter, J/kg.

I henhold til ligning 17.1 brukes den tilførte varmen for å øke entalpi, kinematisk energi og potensiell energi i tyngdefeltet, samt å utføre arbeid mot viskøse krefter..gif" width="265 height=28" height=" 28"> (17.2) .

Fordi (17.3) .

La oss beregne mengden varmeinntak og -utgang per tidsenhet for et middels element i form av et rektangulært parallellepiped, hvis dimensjoner er små nok til at man innenfor dets grenser kan anta en lineær endring i varmefluksdensiteten..gif " width="236" height="52 ">; deres forskjell er .

Ved å utføre en lignende operasjon for 0y- og 0z-aksene får vi henholdsvis forskjellene: https://pandia.ru/text/78/654/images/image112.gif" width="93" height="47 src= ">. Ved å summere alle tre forskjellene får vi den resulterende mengden varme som tilføres (eller fjernes) til elementet per tidsenhet.

La oss begrense oss til tilfellet med en strømning med moderat hastighet, da er mengden av tilført varme lik endringen i entalpien. Hvis vi antar at et elementært parallellepiped er fast fiksert i rommet og dets overflater er gjennomtrengelige for flyt, kan det angitte forholdet representeres i formen: https://pandia.ru/text/78/654/images/image114.gif " width="18" height="31"> – endringshastigheten i entalpi på et fast punkt i rommet dekket av et elementært parallellepiped; minustegnet introduseres for å koordinere overføringen av varme og endringen i entalpien: den resulterende varmen tilstrømning<0 должен вызывать увеличение энтальпии.

(17.10) .

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

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

(17.13) .

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

Dermed har energiligningen en klar fysisk betydning: endringen i temperaturen til en bevegelig individuell væskepartikkel (venstre side) bestemmes av tilstrømningen av varme inn i denne partikkelen fra den omgivende væsken på grunn av termisk ledningsevne (høyre side).

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

Entydighetsforhold.

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

Feltene til de nødvendige funksjonene - temperatur, hastighet og trykk - finnes i et bestemt område, som formen og dimensjonene må spesifiseres for, og i et visst tidsintervall. For å utlede en unik løsning på et problem fra et sett med mulige, er det nødvendig å angi verdiene til de søkte funksjonene: i det første øyeblikket i hele regionen som vurderes; til enhver tid på grensene til den aktuelle regionen.

GOST 25380-82

Gruppe W19

STATSSTANDARD FOR USSR UNION

BYGNINGER OG KONSTRUKSJONER

Metode for å måle varmefluksdensitet,

passerer gjennom omsluttende strukturer

Bygninger og konstruksjoner.

Metode for å måle tetthet av varmestrømmer

passerer gjennom innhegningskonstruksjoner

Introduksjonsdato 1983 - 01-01

GODKJENT OG TREKKET I VIRKNING ved resolusjon fra USSR State Committee for Construction Affairs datert 14. juli 1982 nr. 182

GJENUTSTED. juni 1987

Denne standarden etablerer en enhetlig metode for å bestemme tettheten til varmestrømmer som passerer gjennom enkeltlags og flerlags omsluttende strukturer av bolig-, offentlige, industri- og landbruksbygninger og strukturer under eksperimentell forskning og under driftsforhold.

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

Målinger av varmestrømtetthet gjør det mulig å kvantifisere de termisk tekniske kvalitetene til bygningsskal og konstruksjoner og etablere reelt varmeforbruk gjennom eksterne bygningsskaller.

Standarden gjelder ikke for gjennomskinnelige omsluttende konstruksjoner.

1. Generelle bestemmelser

1.1. Metoden for måling av varmeflukstetthet er basert på å måle temperaturforskjellen over en "hjelpevegg" (plate) installert på bygningsskjermen. Denne temperaturforskjellen, proporsjonal i retning av varmestrømmen til dens tetthet, omdannes til emf. batterier av termoelementer plassert i "hjelpeveggen" parallelt langs varmestrømmen og koblet i serie langs det genererte signalet. "Hjelpeveggen" og termoelementbanken danner en varmestrømsomformer

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

Diagrammet for måling av varmefluksdensitet er vist på tegningen.

Målekrets for varmeflukstetthet

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

Innendørs og utendørs lufttemperatur; , , - utetemperatur,

de indre overflatene til den omsluttende strukturen nær og under omformeren, henholdsvis;

Termisk motstand til den omsluttende strukturen og varmestrømsomformeren;

Varmeflukstetthet før og etter fiksering av omformeren.

2. Utstyr

2.1. For å måle tettheten av varmeflukser, brukes ITP-11-enheten (bruken av den forrige modellen av ITP-7-enheten er tillatt) i henhold til de tekniske forholdene.

Tekniske egenskaper for ITP-11-enheten er gitt i referansevedlegg 1.

2.2. Under termiske tekniske tester av omsluttende konstruksjoner er det tillatt å måle tettheten til varmestrømmer ved å bruke separat produserte og kalibrerte varmestrømsomformere med en termisk motstand på opptil 0,025-0,06 (kvm)/W og instrumenter som måler den genererte emf. av omformerne.

Det er tillatt å bruke en omformer som brukes i installasjonen for å bestemme termisk ledningsevne i samsvar med GOST 7076-78.

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

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

materialer bør ikke fuktes eller fuktes med vann i væske- og dampfasen;

forholdet mellom transduserens diameter og tykkelsen må være minst 10;

omformere må ha en sikkerhetssone rundt termoelementbanken, hvis lineære størrelse må være minst 30 % av radiusen eller halvparten av omformerens lineære størrelse;

hver produserte varmestrømsomformer må kalibreres i organisasjoner som, i samsvar med den etablerte prosedyren, har fått rett til å produsere disse omformere;

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

2.4. Kalibrering av omformere i henhold til punkt 2.2 kan utføres på en installasjon for å bestemme termisk ledningsevne i henhold til GOST 7076-78, der varmeflukstettheten beregnes basert på resultatene av måling av temperaturforskjellen på referanseprøver av materialer sertifisert i i samsvar med GOST 8.140-82 og installert i stedet for testprøvene. Kalibreringsmetoden for varmestrømsomformeren er gitt i anbefalt vedlegg 2.

2.5. Omformere kontrolleres minst en gang i året, som angitt i avsnitt. 2.3, 2.4.

2.6. For å måle emf. varmestrømsomformer, er det tillatt å bruke et bærbart potensiometer PP-63 i samsvar med GOST 9245-79, digitale voltammetre V7-21, F30 eller andre emf-målere som har en beregnet feil i området for den målte emf. varmestrømsomformeren ikke overstiger 1 % og inngangsmotstanden er ikke mindre enn 10 ganger den interne motstanden til omformeren.

Når du utfører termisk testing av omsluttende strukturer ved bruk av separate omformere, er det å foretrekke å bruke automatiske registreringssystemer og instrumenter.

3.Forberedelse til måling

3.1. Måling av varmestrømstetthet utføres som regel fra innsiden av de omsluttende strukturene til bygninger og strukturer.

Det er tillatt å måle tettheten av varmestrømmer fra utsiden av omsluttende strukturer hvis det er umulig å utføre dem fra innsiden (aggressivt miljø, svingninger i luftparametere), forutsatt at en stabil temperatur på overflaten opprettholdes. Varmeoverføringsforholdene overvåkes ved hjelp av en temperatursonde og midler for å måle varmeflukstetthet: når de måles i 10 minutter, må avlesningene deres være innenfor målefeilen til instrumentene.

3.2. Overflatearealer velges som er spesifikke eller karakteristiske for hele den omsluttende strukturen som testes, avhengig av behovet for å måle lokal eller gjennomsnittlig varmeflukstetthet.

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

3.3. Områdene på overflaten til de omsluttende strukturene som varmestrømsomformeren er installert på, rengjøres til synlig og taktil ruhet er eliminert.

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

Når du fester omformeren mellom den og den omsluttende strukturen, er dannelse av luftspalter ikke tillatt. For å eliminere dem påføres et tynt lag teknisk vaselin på overflaten på målestedene, og dekker overflateuregelmessigheter.

Svingeren kan festes langs sideflaten ved hjelp av en løsning av bygningsgips, teknisk vaselin, plastelina, en stang med fjær og andre midler som forhindrer forvrengning av varmestrømmen i måleområdet.

3.5. For operasjonelle målinger av varmefluksdensitet limes den løse overflaten på transduseren med et lag materiale eller overmales med maling med samme eller lignende grad av sorthet med en forskjell på 0,1 som materialet til overflatelaget på omsluttende struktur.

3.6. Leseapparatet er plassert i en avstand på 5-8 m fra målestedet eller i et tilstøtende rom for å eliminere observatørens påvirkning på varmestrømverdien.

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

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

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

4. Ta målinger

4.1. Målinger av varmeflukstetthet utføres:

ved bruk av ITP-11-enheten - etter å ha gjenopprettet varmevekslingsforholdene i rommet nær kontrollseksjonene til de omsluttende strukturene, forvrengt under forberedende operasjoner, og etter å ha gjenopprettet direkte i testområdet det forrige varmeoverføringsregimet, forstyrret når omformeren festes;

under termiske tester ved bruk av varmestrømsomformere i henhold til klausul 2.2 - etter begynnelsen av en ny stabil varmevekslingstilstand under omformeren.

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

En indikator på fullføringen av det forbigående varmeoverføringsregimet og muligheten for å måle varmefluksdensiteten kan betraktes som repeterbarheten til resultatene av måling av varmefluksdensiteten innenfor den etablerte målefeilen.

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

5. Behandling av resultater

5.1. Ved bruk av ITP-11-enheter hentes varmefluksdensitetsverdien (W/sq.m) direkte fra enhetsskalaen.

5.2. Ved bruk av separate omformere og millivoltmeter for å måle emf. Varmeflukstettheten som går gjennom omformeren, W/kvm, beregnes ved å bruke formelen

(1)

5.3. Kalibreringskoeffisienten til omformeren, tatt i betraktning testtemperaturen, bestemmes i henhold til det anbefalte vedlegg 2.

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

(2)

Hvor -

Og -

utelufttemperatur på motsatt side av omformeren, K (°C);

overflatetemperatur på målestedet nær transduseren og under transduseren, henholdsvis K (°C).

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

5.6. Resultatet av å bestemme varmeflukstettheten tas som det aritmetiske gjennomsnittet av resultatene av fem målinger ved en posisjon av omformeren på den omsluttende strukturen.

Vedlegg 1

Informasjon

Tekniske egenskaper for ITP-11-enheten

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

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

2. Instrumentvekts divisjonsverdi: 1; 5 W/kvm.

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

4. Den ekstra feilen fra endringer i lufttemperaturen rundt måleanordningen overstiger ikke 1 % for hver 10 K (°C) temperaturendring i området fra 273 til 323 K (fra 0 til 50°C).

Den ekstra feilen fra endring av temperaturen til varmestrømsomformeren overstiger ikke 0,83 % per 10 K (°C) temperaturendring i området fra 273 til 243 K (fra 0 til minus 30 °C).

5. Termisk motstand til varmestrømsomformeren er ikke mer enn 3·10 (sq/m·K)/W.

6. Tid for å etablere avlesninger - ikke mer enn 3,5 minutter.

7. Totale dimensjoner av saken - 290x175x100 mm.

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

9. Overordnede dimensjoner av måleapparatet - 215x115x90 mm.

10 Lengden på den elektriske ledningen er 7 m.

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

12. Strømforsyning - 3 elementer "316".

Vedlegg 2

Kalibreringsmetode for varmestrømsomformer

Den produserte varmestrømsomformeren er kalibrert på en installasjon for å bestemme den termiske ledningsevnen til byggematerialer i henhold til GOST 7076-78, der, i stedet for testprøven, en kalibrert omformer og en referansematerialprøve i samsvar med GOST 8.140-82 er installert.

Ved kalibrering må rommet mellom termostatplaten til installasjonen og referanseprøven utenfor omformeren fylles med et materiale som i termofysiske egenskaper ligner materialet til omformeren for å sikre endimensjonaliteten til varmestrømmen som passerer gjennom den. i arbeidsområdet til installasjonen. E.M.F.-måling på omformeren og referanseprøven utføres av en av enhetene oppført i avsnitt 2.6 i denne standarden.

Kalibreringskoeffisienten til omformeren, W/(sq.m·mV) ved en gitt gjennomsnittstemperatur av forsøket er funnet fra resultatene av målinger av varmeflukstetthet og emf. i henhold til følgende forhold

Varmeflukstettheten beregnes fra resultatene av å måle temperaturforskjellen på en referanseprøve ved å bruke formelen


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

Det anbefales å velge gjennomsnittstemperaturen i eksperimenter ved kalibrering av omformeren i området fra 243 til 323 K (fra minus 30 til pluss 50 °C) og opprettholde den med et avvik på ikke mer enn ±2 K (°C).

Resultatet av å bestemme omformerkoeffisienten anses å være det aritmetiske gjennomsnittet av verdiene beregnet fra resultatene av målinger av minst 10 eksperimenter. Antall signifikante sifre i verdien av kalibreringskoeffisienten til omformeren tas i samsvar med målefeilen.

Temperaturkoeffisienten til omformeren, K (), er funnet fra resultatene av emk-målinger. i kalibreringsforsøk ved forskjellige gjennomsnittstemperaturer på omformeren i henhold til forholdet


Hvor ,	Gjennomsnittlig temperatur på omformeren i to eksperimenter, K (°C);
	Kalibreringskoeffisienter for omformeren ved gjennomsnittlig temperatur og henholdsvis W/(kvm·V).

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

Resultatet av å bestemme temperaturkoeffisienten til omformeren regnes for å være den aritmetiske middelverdien av tettheten, beregnet fra resultatene av minst 10 eksperimenter med forskjellige gjennomsnittstemperaturer for omformeren.

Verdien av kalibreringskoeffisienten til varmestrømsomformeren ved testtemperatur, W/(kvm mV), er funnet ved å bruke følgende formel

Hvor

(Verdien av kalibreringskoeffisienten til omformeren ved testtemperaturen

W/(kvm mV)

Type og nummer på måleapparat


Type gjerde		Enhetsavlesning, mV		Verdi for varmeflukstetthet
kålsuppe konst-	Tomtenummer	Målenummer	Gjennomsnitt for området	skalert	ekte
hender

Operatørsignatur _________________

Dato for målinger ___________

Teksten til dokumentet er verifisert i henhold til:

offisiell publikasjon

Gosstroy USSR -

M.: Standards Publishing House, 1988

20.03.2014

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

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

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

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

For tiden, under bygging, aksept og drift av bygninger, så vel som i bolig- og kommunale tjenester industrien, er mye oppmerksomhet viet til kvaliteten på konstruksjon og etterbehandling av lokaler, termisk isolasjon av boligbygg, samt sparing av energiressurser.

En viktig evalueringsparameter i dette tilfellet er varmeforbruket fra isolasjonskonstruksjoner. Tester av kvaliteten på termisk beskyttelse av bygningskonvolutter kan utføres på forskjellige stadier: i løpet av idriftsettelsesperioden for bygninger, ved fullførte byggeprosjekter, under bygging, under større reparasjoner av strukturer og under drift av bygninger for forberedelse av energipass av bygninger, og basert på klager.

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

Måling av varmeflukstettheten gjør det mulig å estimere varmestrømmen gjennom de omsluttende konstruksjonene og dermed bestemme de termiske tekniske egenskapene til de omsluttende konstruksjonene til bygninger og konstruksjoner.

Denne standarden gjelder ikke for vurdering av de termiske egenskapene til omsluttende strukturer som overfører lys (glass, plast, etc.).

La oss vurdere hva metoden for å måle varmefluksdensitet er basert på. En plate (den såkalte "hjelpeveggen") er installert på bygningskonvolutten (strukturen). Temperaturforskjellen dannet på denne "hjelpeveggen" er proporsjonal med dens tetthet i retning av varmestrømmen. Temperaturforskjellen konverteres til elektromotorisk kraft til termoelementbatterier, som er plassert på "hjelpeveggen" og er orientert parallelt langs varmestrømmen, og koblet i serie langs det genererte signalet. Sammen utgjør "hjelpeveggen" og termoelementbanken en sender for måling av varmeflukstetthet.

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

Diagrammet for måling av varmefluksdensitet er vist på tegningen.

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

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

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

R 1, R 2 - termisk motstand til den omsluttende strukturen og varmestrømsomformeren;

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

Kilder til infrarød stråling. Infrarød beskyttelse på arbeidsplasser

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

λ maks = 2,9-103 / T [µm] (1)

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

Infrarød stråling er delt inn i tre områder:

kortbølge (X = 0,7 - 1,4 µm);
mellombølge (k = 1,4 - 3,0 µm):
langbølget (k = 3,0 µm - 1,0 mm).

Infrarøde elektriske bølger har en hovedsakelig termisk effekt på menneskekroppen. Når denne konsekvensen vurderes, tas følgende i betraktning:

· bølgelengde og intensitet med maksimal energi;

· emittert overflateareal;

· eksponeringens varighet i løpet av arbeidsdagen;

· varigheten av kontinuerlig eksponering;

· intensiteten av fysisk arbeid;

· intensiteten av luftbevegelse på arbeidsplassen;

· type stoff som arbeidstøyet er laget av;

· individuelle egenskaper ved kroppen.

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

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

Langbølgeområde – stråler med bølgelengde λ > 3 µm. Påvirker menneskekroppen, forårsaker de den sterkeste økningen i temperaturen i de berørte områdene av huden, noe som forstyrrer funksjonen til luftveiene og kardiovaskulære systemene og forstyrrer den termiske balansen av orgasme, noe som fører til heteslag.

I henhold til GOST 12.1.005-88 bør intensiteten av termisk bestråling av teknologisk utstyr og belysningsenheter som arbeider fra oppvarmede overflater ikke overstige: 35 W/m 2 ved bestråling av mer enn 50% av kroppsoverflaten; 70 W/m2 med bestråling fra 25 til 50 % av kroppsoverflaten; 100 W/m2 med bestråling på ikke mer enn 25 % av kroppsoverflaten. Fra åpne kilder (oppvarmet metall og glass, åpen flamme) bør intensiteten av termisk stråling ikke overstige 140 W/m2 med bestråling på ikke mer enn 25 % av kroppsoverflaten og obligatorisk bruk av personlig verneutstyr, inkludert ansikt og øye beskyttelse.

Standardene begrenser også temperaturen på oppvarmede overflater på utstyr i arbeidsområdet, som ikke bør overstige 45 °C.

Overflatetemperaturen på utstyr, hvis innside er nær 100 °C, bør ikke overstige 35 °C.

De viktigste typene beskyttelse mot infrarød stråling inkluderer:

1. tidsbeskyttelse;

2. beskyttelse ved avstand;

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

4. økning i varmeoverføring fra menneskekroppen;

5. personlig verneutstyr;

6. eliminere kilden til varmegenerering.

Det er tre typer skjermer:

· ugjennomsiktig;

· gjennomsiktig;

· gjennomskinnelig.

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

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

Gjennomsiktige skjermer har egenskapene til både gjennomsiktige og ugjennomsiktige.

· varmereflekterende;

· varmeabsorberende;

· varmeavledning.

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

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

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

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

E = (q – q 3) / q (3)

E = (t – t 3) / t (4)

q 3 - IR-strålingsflukstetthet ved bruk av beskyttelse, W/m 2 ;

t - temperatur på IR-stråling uten beskyttelse, °C;

t 3 - temperatur på IR-stråling ved bruk av beskyttelse, °C.

Instrumenter som brukes

For å måle tettheten av varmestrømmer som passerer gjennom bygningskonvolutter og for å sjekke egenskapene til varmebeskyttende skjermer, har spesialistene våre utviklet serieapparater.

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

Bruksområde:

· konstruksjon;

· energianlegg;

· vitenskapelig forskning mv.

Måling av varmeflukstetthet, som en indikator på de termiske isolasjonsegenskapene til forskjellige materialer, med serieenheter utføres på:

· Termisk testing av omsluttende strukturer;

· bestemmelse av varmetap i vannvarmenett;

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

Figuren viser en prototype av stativet "Bestemmelse av luftparametere i arbeidsområdet og beskyttelse mot termiske påvirkninger" BZZ 3 (produsert av Intos+ LLC).

Stativet inneholder en kilde til termisk stråling (husholdningsreflektor). Skjermer laget av forskjellige materialer (metall, stoff, etc.) er plassert foran kilden. Enheten er plassert bak skjermen inne i rommodellen i ulike avstander fra skjermen. En avtrekkshette med vifte er festet over rommodellen. Enheten er, i tillegg til en sonde for måling av varmefluksdensitet, utstyrt med en sonde for måling av lufttemperaturen inne i modellen. Generelt er stativet en visuell modell for å vurdere effektiviteten til ulike typer termisk beskyttelse og lokale ventilasjonssystemer.

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

Driftsprinsipp og design av IPP-2-enheten

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

Utseendet til enheten

1 - LED batteristatusindikasjon

2 - LED-indikasjon på terskelbrudd

3 - Måleverdiindikator

4 - Kobling for tilkobling av målesonde

5 , 6 - Kontrollknapper

7 - Kontakt for tilkobling til en datamaskin

8 - Kontakt for tilkobling av nettverksadapter

Prinsipp for operasjon

Driftsprinsippet til enheten er basert på å måle temperaturforskjellen på "hjelpeveggen". Størrelsen på temperaturforskjellen er proporsjonal med varmeflukstettheten. Temperaturforskjellen måles ved hjelp av et strimmeltermoelement plassert inne i sondeplaten, som fungerer som en "hjelpevegg".

Indikasjon på målinger og driftsmoduser for enheten

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

Registrering av mål

Dataene mottatt fra målesonden registreres i enhetens ikke-flyktige minne med en viss periode. Innstilling av periode, lesing og visning av data utføres ved hjelp av programvare.

Kommunikasjonsgrensesnitt

Ved hjelp av det digitale grensesnittet kan gjeldende temperaturmåleverdier, akkumulerte måledata leses fra enheten, og enhetsinnstillinger kan endres. Måleenheten kan fungere med en datamaskin eller andre kontrollere via det digitale RS-232-grensesnittet. Valutakursen via RS-232-grensesnittet er brukerjusterbar fra 1200 til 9600 bps.

Enhetsfunksjoner:

muligheten til å stille inn lyd- og lysalarmterskler;
overføring av målte verdier til en datamaskin via RS-232-grensesnitt.

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

Modifikasjoner av sonder for måling av varmeflukstetthet:

Varmestrømsonder er designet for å måle overflatevarmestrømstetthet i samsvar med GOST 25380-92.

Utseende til varmestrømsonder

1. Trykktype varmestrømsonde med fjær PTP-ХХХП er tilgjengelig i følgende modifikasjoner (avhengig av rekkevidden for måling av varmestrømstetthet):

PTP-2.0P: fra 10 til 2000 W/m2;

PTP-9.9P: fra 10 til 9999 W/m2.

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

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

Modifikasjoner av temperatursonder:

Utseende av temperatursonder

1. Nedsenkbare termiske omformere TPP-A-D-L basert på Pt1000 termistoren (motstands termiske omformere) og termiske omformere TXA-A-D-L basert på XA termoelementet (elektriske termiske omformere) er konstruert for å måle temperaturen til ulike flytende og gassformige medier, samt bulkmaterialer.

Temperaturmålingsområde:

For TPP-A-D-L: fra -50 til +150 °C;

For TXA-A-D-L: fra -40 til +450 °C.

Dimensjoner:

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

L (lengde): fra 200 til 1000 mm.

2. Termisk transduser TXA-A-D1/D2-LP basert på XA termoelementet (elektrisk termisk transduser) er designet for å måle temperaturen på en flat overflate.

Dimensjoner:

D1 (diameter på "metallstift"): 3 mm;

D2 (basediameter – “lapp”): 8 mm;

L (lengde på "metallpinnen"): 150 mm.

3. Termisk transduser TXA-A-D-LC basert på XA termoelementet (elektrisk termisk transduser) er designet for å måle temperaturen på sylindriske overflater.

Temperaturmåleområde: fra -40 til +450 °C.

Dimensjoner:

D (diameter) – 4 mm;

L (lengde på "metallpinnen"): 180 mm;

Tapebredde – 6 mm.

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

1. Varmeflukstetthetsmåler (måleenhet).

2. Probe for måling av varmefluksdensitet.*

3. Temperaturmålingssonde.*

4. Programvare**

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

6. Kalibreringssertifikat.

7. Bruksanvisning og pass for enheten.

8. Sertifikat for termoelektriske omformere (temperatursonder).

9. Sertifikat for varmeflukstetthetssonden.

10. Nettverksadapter.

* – Måleområder og probedesign bestemmes på bestillingsstadiet

** – Varer er tilgjengelige på spesialbestilling.

Forberede enheten for drift og ta målinger

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

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

3. Koble til måleenheten og målesonden med en tilkoblingskabel.

4. Når enheten leveres med en plate med programvare, installer den på datamaskinen. Koble enheten til en ledig COM-port på datamaskinen med passende tilkoblingskabler.

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

6. Når enheten er slått på, utfører enheten en selvtest i 5 sekunder. Hvis det er interne feil, viser enheten feilnummeret på indikatoren, ledsaget av et lydsignal. Etter vellykket testing og fullføring av lasting, viser indikatoren gjeldende verdi av varmeflukstettheten. Forklaring av testfeil og andre feil i driften av enheten er gitt i avsnittet 6 i denne bruksanvisningen.

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

8. Hvis du planlegger å lagre enheten over lengre tid (mer enn 3 måneder), bør du fjerne batteriene fra batterirommet.

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

Forberedelse og gjennomføring av målinger under termisk testing av omsluttende konstruksjoner.

1. Måling av varmestrømstetthet utføres som regel fra innsiden av de omsluttende strukturene til bygninger og strukturer.

Det er tillatt å måle tettheten av varmestrømmer fra utsiden av omsluttende strukturer hvis det er umulig å utføre dem fra innsiden (aggressivt miljø, svingninger i luftparametere), forutsatt at en stabil temperatur på overflaten opprettholdes. Varmeoverføringsforholdene overvåkes ved hjelp av en temperatursonde og midler for å måle varmefluksdensitet: når den måles i 10 minutter. deres avlesninger må være innenfor målefeilen til instrumentene.

2. Det velges overflateområder som er spesifikke eller karakteristiske for hele den omsluttende strukturen som testes, avhengig av behovet for å måle lokal eller gjennomsnittlig varmeflukstetthet.

3. Områdene på overflaten til de omsluttende strukturene som varmestrømomformeren er installert på, rengjøres til synlig og taktil ruhet er eliminert.

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

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

6. Leseapparatet er plassert i en avstand på 5-8 m fra målestedet eller i et tilstøtende rom for å eliminere observatørens påvirkning på varmestrømverdien.

7. Ved bruk av enheter for måling av emk som har begrensninger på omgivelsestemperatur, plasseres de i et rom med en lufttemperatur som er akseptabel for driften av disse enhetene, og varmestrømsomformeren kobles til dem ved hjelp av skjøteledninger.

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

Forberedelse og gjennomføring av målinger

(når du utfører laboratoriearbeid ved å bruke eksemplet med laboratoriearbeid "Studie av beskyttelsesmidler mot infrarød stråling")

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

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

Flytt stativet manuelt langs linjalen, installer målehodet i avstandene fra strålingskilden som er angitt i tabell 1, og gjenta målingene. Skriv inn måledata i skjemaet Tabell 1.

Konstruer en graf over avhengigheten av IR-strålingsflukstettheten av avstanden.

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

Tabellskjema 1

Vurder effektiviteten av den beskyttende virkningen av skjermer ved å bruke formel (3).

Installer en beskyttelsesskjerm (som anvist av læreren) og plasser en bred støvsugerbørste på den. Slå på støvsugeren i luftavtrekksmodus, simuler en avtrekksventilasjonsanordning, og etter 2-3 minutter (etter å ha etablert skjermens termiske modus), bestemmer du intensiteten av termisk stråling på samme avstander som i punkt 3. Vurder effektiviteten til den kombinerte termiske beskyttelsen ved bruk av formelen (3).

Plott avhengigheten av intensiteten til termisk stråling av avstanden for en gitt skjerm i avtrekksventilasjonsmodus på en generell graf (se avsnitt 5).

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

Konstruer grafer over effektiviteten til avtrekksventilasjonsbeskyttelse og uten den.

Sett støvsugeren i viftemodus og slå den på. Rett luftstrømmen til overflaten av den spesifiserte beskyttelsesskjermen (dusjmodus), gjenta målingene i samsvar med avsnittene. 7 - 10. Sammenlign måleresultatene s. 7-10.

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

Konstruer grafer over beskyttelseseffektiviteten til "blåseren" ved å bruke formel (4).

Måleresultater og deres tolkning

(ved å bruke eksempelet på laboratoriearbeid om emnet "Forskning av beskyttelsesmidler mot infrarød stråling" ved et av de tekniske universitetene i Moskva).

Bord.
Elektrisk peis EXP-1.0/220.
Stativ for plassering av utskiftbare skjermer.
Stativ for montering av målehodet.
Varmeflukstetthetsmåler.
Hersker.
Støvsuger Typhoon-1200.

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

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

hvor S er arealet av den utstrålende overflaten, m2;

T er temperaturen på den utstrålende overflaten, K;

r - avstand fra strålingskilden, m.

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

Det er tre typer skjermer:

· ugjennomsiktig;

·gjennomsiktig;

· gjennomskinnelig.

Basert på deres driftsprinsipp er skjermer delt inn i:

· varmereflekterende;

· varmeabsorberende;

· varmeavleder.

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

E = (q – q 3) / q

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

q3 - IR-strålingsflukstetthet ved bruk av beskyttelse, W/m 2.

Typer beskyttelsesskjermer (ugjennomsiktig):

1. Blandet skjerm - ringbrynje.

E chainmail = (1550 – 560) / 1550 = 0,63

2. Metallskjerm med svertet overflate.

E al+belegg = (1550 – 210) / 1550 = 0,86

3. Varmereflekterende aluminiumsskjerm.

E al = (1550 – 10) / 1550 = 0,99

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

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

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

2. Aluminiumsskjerm med svertet overflate – 0,86;

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

Normative referanser

Ved vurdering av de termisk tekniske kvalitetene til bygningsskaller og konstruksjoner og etablering av reelt varmeforbruk gjennom eksterne bygningsskaller, brukes følgende hovedforskriftsdokumenter:

· GOST 25380-82. Metode for å måle tettheten av varmestrømmer som passerer gjennom bygningskonvolutter.

· Ved vurdering av de termiske egenskapene til ulike midler for beskyttelse mot infrarød stråling, brukes følgende hoveddokumenter:

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

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

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

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

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

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

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

Diagrammet for måling av varmefluksdensitet er vist på tegningen.

1 - omsluttende struktur; 2—varmestrømsomformer; 3 - emf meter;

tв, tн — temperatur på intern og ekstern luft;

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

R1, R2 - termisk motstand til den omsluttende strukturen og varmestrømsomformeren;

q1, q2 - varmeflukstetthet før og etter fiksering av omformeren

II. Infrarød stråling. Kilder. Beskyttelse.

Beskyttelse mot infrarød stråling på arbeidsplassen.

λmaks = 2,9-103 / T [µm] (1)

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

Infrarød stråling er delt inn i tre områder:

· kortbølge (X = 0,7 - 1,4 µm);

mellombølge (k = 1,4 - 3,0 µm):

· langbølget (k = 3,0 µm - 1,0 mm).

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

Kortbølgede stråler med en bølgelengde λ ≤ 1,4 μm har evnen til å trenge flere centimeter inn i vevet i menneskekroppen. Slik infrarød stråling trenger lett gjennom huden og hodeskallen inn i hjernevevet og kan påvirke hjerneceller og forårsake alvorlig skade, symptomer som oppkast, svimmelhet, utvidelse av blodårene i huden, blodtrykksfall og sirkulasjonsforstyrrelser. og pust, kramper og noen ganger bevissthetstap. Ved bestråling med kortbølgede infrarøde stråler observeres også en økning i temperaturen i lungene, nyrene, musklene og andre organer. Spesifikke biologisk aktive stoffer vises i blodet, lymfen og cerebrospinalvæsken, metabolske prosesser forstyrres, og den funksjonelle tilstanden til sentralnervesystemet endres.

Mellombølgede stråler med en bølgelengde λ = 1,4 - 3,0 µm holdes tilbake i de overfladiske lagene av huden i en dybde på 0,1 - 0,2 mm. Derfor manifesteres deres fysiologiske effekt på kroppen hovedsakelig i en økning i hudtemperatur og oppvarming av kroppen.

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

Intensiteten til termisk stråling reguleres basert på en persons subjektive følelse av strålingsenergi. I henhold til GOST 12.1.005-88 bør intensiteten av termisk stråling av teknologisk utstyr og belysningsenheter som arbeider fra oppvarmede overflater ikke overstige: 35 W/m2 ved bestråling av mer enn 50% av kroppsoverflaten; 70 W/m2 med bestråling fra 25 til 50 % av kroppsoverflaten; 100 W/m2 med bestråling på ikke mer enn 25 % av kroppsoverflaten. Fra åpne kilder (oppvarmet metall og glass, åpen flamme) bør intensiteten av termisk stråling ikke overstige 140 W/m2 med bestråling på ikke mer enn 25 % av kroppsoverflaten og obligatorisk bruk av personlig verneutstyr, inkludert ansikt og øye .

Standardene begrenser også temperaturen på oppvarmede overflater på utstyr i arbeidsområdet, som ikke bør overstige 45 °C.

Overflatetemperaturen på utstyr, hvis innside er nær 100 0C, bør ikke overstige 35 0C.

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

De viktigste typene beskyttelse mot infrarød stråling inkluderer:

1. tidsbeskyttelse;

2. beskyttelse ved avstand;

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

4. økning i varmeoverføring fra menneskekroppen;

5. personlig verneutstyr;

6. eliminere kilden til varmegenerering.

Tidsbeskyttelse sørger for å begrense tiden en arbeider oppholder seg i strålingsområdet. Den sikre tiden for en person å oppholde seg i området med IR-stråling avhenger av dens intensitet (flukstetthet) og bestemmes i henhold til tabell 1.

Tabell 1

Tid for trygt opphold for mennesker i IR-strålingssonen

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

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

Det er tre typer skjermer:

· ugjennomsiktig;

· gjennomsiktig;

· gjennomskinnelig.

I ugjennomsiktige skjermer blir energien til elektromagnetiske vibrasjoner, som samhandler med skjermens substans, til varme. I dette tilfellet varmes skjermen opp og blir, som enhver oppvarmet kropp, en kilde til termisk stråling. Stråling fra overflaten av skjermen motsatt kilden betraktes konvensjonelt som overført stråling fra kilden. Ugjennomsiktige skjermer inkluderer: metall, aluminiumsfolie (laget av aluminiumsfolie), porøs (skumbetong, skumglass, utvidet leire, pimpstein), asbest og andre.

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

Gjennomsiktige skjermer kombinerer egenskapene til transparente og ikke-gjennomsiktige skjermer. Disse inkluderer metallnetting, kjedegardiner, skjermer laget av glass forsterket med metallnett.

· varmereflekterende;

· varmeabsorberende;

· varmeavledning.

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

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

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

De mest brukte varmefjernende skjermene er vanngardiner, fritt fallende i form av en film, enten som vanner en annen skjermingsoverflate (for eksempel metall), eller innelukket i et spesielt kabinett laget av glass eller metall.

E = (q - q3) / q (3)

E = (t - t3) / t (4)

q3 — IR-strålingsflukstetthet ved bruk av beskyttelse, W/m2;

t er temperaturen på IR-stråling uten beskyttelse, °C;

t3 er temperaturen på IR-stråling som bruker beskyttelse, °C.

Luftstrømmen rettet direkte mot arbeideren gjør det mulig å øke fjerningen av varme fra kroppen til omgivelsene. Valget av luftstrømhastighet avhenger av alvorlighetsgraden av arbeidet som utføres og intensiteten av infrarød stråling, men den bør ikke overstige 5 m/s, siden arbeideren i dette tilfellet opplever ubehagelige opplevelser (for eksempel tinnitus). Effektiviteten til luftdusjer øker når luften som ledes til arbeidsplassen avkjøles eller når det tilsettes finsprøytet vann (vann-luftdusj).

Som personlig verneutstyr brukes spesialklær laget av bomulls- og ullstoffer og metallbelagte stoffer (som reflekterer opptil 90 % av IR-stråling). For å beskytte øynene brukes briller og skjold med spesielle briller - lysfiltre av gulgrønn eller blå farge.

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

III. Instrumenter som brukes.

For å måle tettheten av varmestrømmer som passerer gjennom bygningskonvolutter og for å sjekke egenskapene til varmebeskyttende skjermer, har spesialistene våre utviklet serieapparater.

Bruksområde:

Enheter i IPP-2-serien har funnet bred anvendelse i konstruksjon, vitenskapelige organisasjoner, ulike energianlegg og i mange andre bransjer.

Måling av varmeflukstetthet, som en indikator på de termiske isolasjonsegenskapene til forskjellige materialer, med enheter i IPP-2-serien utføres på:

Testing av omsluttende strukturer;

Bestemmelse av varmetap i vannvarmenett;

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

Figuren viser en prototype av stativet "Bestemmelse av luftparametere i arbeidsområdet og beskyttelse mot termiske påvirkninger" BZZ 3 (produsert av Intos+ LLC).

Stativet inneholder en kilde til termisk stråling i form av en husholdningsreflektor, foran hvilken en varmebeskyttende skjerm laget av forskjellige materialer (stoff, metallplate, et sett med kjeder, etc.) er installert. Bak skjermen i forskjellige avstander fra den, inne i rommodellen, er det plassert en IPP-2-enhet som måler varmeflukstettheten. En avtrekkshette med vifte er plassert over rommodellen. IPP-2-måleenheten har en ekstra sensor som lar deg måle innelufttemperaturen. Dermed gjør BZhZ 3-stativet det mulig å kvantitativt vurdere effektiviteten til ulike typer termisk beskyttelse og lokale ventilasjonssystemer.

Stativet lar deg måle intensiteten av termisk stråling avhengig av avstanden til kilden, og bestemme effektiviteten til de beskyttende egenskapene til skjermer laget av forskjellige materialer.

IV. Driftsprinsipp og design av IPP-2-enheten.

Strukturelt er enhetens måleenhet laget i en plastkasse.

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

I driftsmodus utfører enheten sykliske målinger av den valgte parameteren. Det er en overgang mellom modusene for måling av varmeflukstetthet og temperatur, samt angivelse av batterilading i prosenter på 0 %...100 %. Når du bytter mellom moduser, viser indikatoren den tilsvarende inskripsjonen til den valgte modusen. Enheten kan også periodisk automatisk registrere målte verdier i et ikke-flyktig minne med en tidsreferanse. Slå statistikkregistrering på/av, innstilling av registreringsparametere og lesing av akkumulerte data utføres ved hjelp av programvare som leveres på forespørsel.

Egenskaper:

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

· Overføring av målte verdier til en datamaskin via RS 232-grensesnitt.

Modifikasjoner av sonder for måling av varmeflukstetthet:

Varmestrømsonder er designet for å måle overflatevarmestrømstetthet i samsvar med GOST 25380-92.

Utseende til varmestrømsonder

1. Trykktype varmestrømsonde med fjær PTP-ХХХП er tilgjengelig i følgende modifikasjoner (avhengig av rekkevidden for måling av varmestrømstetthet):

— PTP-2.0P: fra 10 til 2000 W/m2;

— PTP-9.9P: fra 10 til 9999 W/m2.

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

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

Modifikasjoner av temperatursonder:

Utseende av temperatursonder

Temperaturmålingsområde:

— for TPP-A-D-L: fra -50 til +150 °C;

— for TXA-A-D-L: fra -40 til +450 °C.

Dimensjoner:

— D (diameter): 4, 6 eller 8 mm;

— L (lengde): fra 200 til 1000 mm.

2. Termisk transduser TXA-A-D1/D2-LP basert på XA termoelementet (elektrisk termisk transduser) er designet for å måle temperaturen på en flat overflate.

Dimensjoner:

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

- D2 (diameter på basen - "lapp"): 8 mm;

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

3. Termisk transduser TXA-A-D-LC basert på XA termoelementet (elektrisk termisk transduser) er designet for å måle temperaturen på sylindriske overflater.

Temperaturmåleområde: fra -40 til +450 °C.

Dimensjoner:

— D (diameter) - 4 mm;

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

- båndbredde - 6 mm.

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

2. Probe for måling av varmefluksdensitet.*

3. Temperaturmålingssonde.*

4. Programvare**

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

6. Kalibreringssertifikat.

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

8. Sertifikat for termoelektriske omformere (temperatursonder).

9. Sertifikat for varmeflukstetthetssonden.

10. Nettverksadapter.

* - Måleområder og probedesign bestemmes på bestillingsstadiet

** - Varer er tilgjengelige på spesialbestilling.

V. Klargjøring av enheten for drift og utføring av målinger.

Klargjøring av enheten for drift.

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

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

Forberedelse og gjennomføring av målinger under termisk testing av omsluttende konstruksjoner.

1. Måling av varmestrømstetthet utføres som regel fra innsiden av de omsluttende strukturene til bygninger og strukturer.

Det er tillatt å måle tettheten av varmestrømmer fra utsiden av omsluttende strukturer hvis det er umulig å utføre dem fra innsiden (aggressivt miljø, svingninger i luftparametere), forutsatt at en stabil temperatur på overflaten opprettholdes. Varmeoverføringsforholdene overvåkes ved hjelp av en temperatursonde og midler for å måle varmefluksdensitet: når den måles i 10 minutter. deres avlesninger må være innenfor målefeilen til instrumentene.

2. Det velges overflateområder som er spesifikke eller karakteristiske for hele den omsluttende strukturen som testes, avhengig av behovet for å måle lokal eller gjennomsnittlig varmeflukstetthet.

3. Områdene på overflaten til de omsluttende strukturene som varmestrømomformeren er installert på, rengjøres til synlig og taktil ruhet er eliminert.

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

6. Leseapparatet er plassert i en avstand på 5-8 m fra målestedet eller i et tilstøtende rom for å eliminere observatørens påvirkning på varmestrømverdien.

Forberedelse og gjennomføring av målinger

(når du utfører laboratoriearbeid ved å bruke eksemplet med laboratoriearbeid "Forskning av beskyttelsesmidler mot infrarød stråling").

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

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

Flytt stativet manuelt langs linjalen, installer målehodet i avstandene fra strålingskilden som er angitt i tabell 1, og gjenta målingene. Skriv inn måledata i skjemaet Tabell 1.

Konstruer en graf over avhengigheten av IR-strålingsflukstettheten av avstanden.

Gjenta målingene i henhold til avsnittene. 1 - 3 med forskjellige Legg inn måledata i form av tabell 1. Konstruer grafer over avhengigheten av IR-strålingsflukstettheten av avstanden for hver skjerm.

Tabellskjema 1

Vurder effektiviteten av den beskyttende virkningen av skjermer ved å bruke formel (3).

Installer en beskyttelsesskjerm (som anvist av læreren), plasser en bred børste av støvsugeren på den. Slå på støvsugeren i luftavsugsmodus, simuler en avtrekksventilasjonsanordning, og etter 2-3 minutter (etter å ha etablert skjermens termiske modus), bestemmer du intensiteten av termisk stråling på samme avstander som i trinn 3. Vurder effektiviteten av kombinert termisk beskyttelse ved bruk av formelen (3).

Plott avhengigheten av intensiteten til termisk stråling av avstanden for en gitt skjerm i avtrekksventilasjonsmodus på en generell graf (se avsnitt 5).

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

Konstruer grafer over effektiviteten til avtrekksventilasjonsbeskyttelse og uten den.

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

Konstruer grafer over beskyttelseseffektiviteten til "blåseren" ved å bruke formel (4).

VI. Måleresultater og deres tolkning

(ved å bruke eksempelet på laboratoriearbeid om emnet "Forskning av beskyttelsesmidler mot infrarød stråling" ved et av de tekniske universitetene i Moskva).

Bord. Elektrisk peis EXP-1.0/220. Stativ for plassering av utskiftbare skjermer. Stativ for montering av målehodet. Varmeflukstetthetsmåler IPP-2M. Hersker. Støvsuger Typhoon-1200.

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

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

hvor S er arealet av den utstrålende overflaten, m2;

T er temperaturen på den utstrålende overflaten, K;

r – avstand fra strålingskilden, m.

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

Det er tre typer skjermer:

· ugjennomsiktig;

· gjennomsiktig;

· gjennomskinnelig.

Basert på deres driftsprinsipp er skjermer delt inn i:

· varmereflekterende;

· varmeabsorberende;

· varmeavledning.

Tabell 1

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

E = (q - q3) / q

hvor q er flukstettheten til IR-stråling uten beskyttelse, W/m2;

q3 — IR-strålingsflukstetthet ved bruk av beskyttelse, W/m2.

Typer beskyttelsesskjermer (ugjennomsiktig):

1. Blandet skjerm - ringbrynje.

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

2. Metallskjerm med svertet overflate.

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

3. Varmereflekterende aluminiumsskjerm.

E al = (1550 - 10) / 1550 = 0,99

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

Ingen beskyttelse

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

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

2. Aluminiumsskjerm med svertet overflate - 0,86;

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

· GOST 25380-82. Metode for å måle tettheten av varmestrømmer som passerer gjennom bygningskonvolutter.

Ved vurdering av de termiske egenskapene til forskjellige beskyttelsesmidler mot infrarød stråling, brukes følgende hoveddokumenter:

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

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

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