كثافة تدفق الحرارة السطحية. قياس كثافة التدفق الحراري (الإشعاع الحراري)

1 المفاهيم والتعاريف الأساسية - مجال درجة الحرارة ، والتدرج ، وتدفق الحرارة ، والكثافة تدفق الحرارة(ف ، س) ، قانون فورييه.

مجال درجة الحرارة- مجموعة من قيم درجة الحرارة في جميع نقاط المساحة المدروسة لكل لحظة زمنية..gif "width =" 131 "height =" 32 src = ">

كمية الحرارة ، W ، التي تمر لكل وحدة زمنية عبر سطح متساوي الحرارة للمنطقة F تسمى تدفق الحرارةويتم تحديده من التعبير: https://pandia.ru/text/78/654/images/image004_12.gif "width =" 15 "height =" 32 "> ، W / m2 ، يسمى كثافة تدفق الحرارة: .

العلاقة بين مقدار الحرارة dQ ، J ، والتي تمر خلال الوقت dt عبر المنطقة الأولية dF الموجودة على سطح متساوي الحرارة ، ويتم إنشاء تدرج درجة الحرارة dt / dn بواسطة قانون فورييه:.

2. معادلة التوصيل الحراري وظروف التفرد.

تُشتق المعادلة التفاضلية للتوصيل الحراري بالافتراضات التالية:

الجسم متجانس وخواص.

المعلمات الفيزيائية ثابتة ؛

تشوه الحجم المدروس ، المرتبط بتغير درجة الحرارة ، صغير جدًا مقارنة بالحجم نفسه ؛

المصادر الداخلية للحرارة في الجسم ، والتي يمكن أن تعطى بشكل عام على أنها ، موزعة بالتساوي.

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

تحدد المعادلة التفاضلية للتوصيل الحراري علاقة بين التغيرات الزمانية والمكانية في درجة الحرارة في أي نقطة في الجسم حيث تحدث عملية التوصيل الحراري.

إذا أخذنا ثابت الخصائص الفيزيائية الحرارية ، والذي تم افتراضه عند اشتقاق المعادلة ، فإن Difur يأخذ الشكل: https://pandia.ru/text/78/654/images/image011_4.gif "width =" 51 "height =" 44 "> - معامل الانتشار الحراري.

و ، أين هو عامل لابلاس في نظام الإحداثيات الديكارتية.

ثم .

تشمل شروط التفرد أو شروط الحدود ما يلي:

مصطلحات هندسية

3. الموصلية الحرارية في الجدار (الشروط الحدودية من النوع الأول).

التوصيل الحراري لجدار أحادي الطبقة.

النظر في جدار مسطح متجانس من سمك د. يتم الحفاظ على درجات الحرارة tc1 و tc2 الثابتة في الوقت المناسب على الأسطح الخارجية للجدار. الموصلية الحرارية لمواد الجدار ثابتة وتساوي l.

في الوضع الثابت ، بالإضافة إلى ذلك ، تتغير درجة الحرارة فقط في الاتجاه العمودي على مستوى المكدس (المحور 0x): ..gif "width =" 129 "height =" 47 ">

دعونا نحدد كثافة تدفق الحرارة من خلال جدار مسطح. وفقًا لقانون فورييه ، مع مراعاة المساواة (*) ، يمكننا كتابة:.

لذلك (**).

يسمى فرق درجة الحرارة في المعادلة (**) الفرق في درجة الحرارة. يمكن أن نرى من هذه المعادلة أن كثافة تدفق الحرارة q تختلف بالتناسب المباشر مع الموصلية الحرارية l وفرق درجة الحرارة Dt وتتناسب عكسياً مع سمك الجدار د.

تسمى النسبة بالتوصيل الحراري للجدار ، ومتبادلها هو https://pandia.ru/text/78/654/images/image023_1.gif "width =" 213 "height =" 25 ">.

يجب أن تؤخذ الموصلية الحرارية l عند متوسط درجة حرارة الجدار.

التوصيل الحراري لجدار متعدد الطبقات.

لكل طبقة: ؛ ؛ https://pandia.ru/text/78/654/images/image027_1.gif "width =" 433 "height =" 87 src = ">

لمقارنة خصائص التوصيل الحراري لجدار مسطح متعدد الطبقات بخصائص المواد المتجانسة ، تم تقديم المفهوم الموصلية الحرارية المكافئة.هذه هي الموصلية الحرارية لجدار أحادي الطبقة ، سمكه يساوي سمك الجدار متعدد الطبقات قيد الدراسة ، أي .. gif "width =" 331 "height =" 52 ">

ومن ثم لدينا:

4. انتقال الحرارة عبر جدار مسطح (شروط حدودية من النوع الثالث).

يسمى نقل الحرارة من وسط متحرك (سائل أو غاز) إلى آخر من خلال جدار صلب من أي شكل يفصل بينهما بنقل الحرارة. تتميز ميزات العملية عند حدود الجدار أثناء نقل الحرارة بشروط حدودية من النوع الثالث ، والتي يتم تعيينها بواسطة قيم درجة حرارة السائل على أحد الجانبين والجانب الآخر من الجدار ، وكذلك القيم المقابلة لمعاملات انتقال الحرارة.

ضع في اعتبارك عملية ثابتة لنقل الحرارة من خلال جدار مسطح متجانس لانهائي بسمك د. تم إعطاء الموصلية الحرارية للجدار l ودرجات الحرارة المحيطة tl1 و tl2 ومعاملات نقل الحرارة a1 و a2. من الضروري إيجاد التدفق الحراري من السائل الساخن إلى السائل البارد ودرجات الحرارة على أسطح الجدران tc1 و tc2. يتم تحديد كثافة تدفق الحرارة من الوسط الساخن إلى الجدار بواسطة المعادلة: . يتم نقل نفس تدفق الحرارة عن طريق التوصيل الحراري عبر جدار صلب: ومن سطح الجدار الثاني إلى البيئة الباردة: DIV_ADBLOCK119 ">

ثم https://pandia.ru/text/78/654/images/image035_0.gif "width =" 128 "height =" 75 src = "> - معامل انتقال الحرارة،تعبر القيمة العددية k عن مقدار الحرارة التي تمر عبر وحدة سطح الجدار لكل وحدة زمنية pr ، ويكون الفرق في درجة الحرارة بين الوسط الساخن والبارد 1K وله نفس وحدة القياس مثل معامل نقل الحرارة ، J / (s * m2K) أو W / (m2K).

يسمى مقلوب معامل انتقال الحرارة المقاومة الحرارية لانتقال الحرارة:.

https://pandia.ru/text/78/654/images/image038_0.gif "width =" 37 "height =" 25 "> المقاومة الحرارية للتوصيل الحراري.

لجدار شطيرة .

كثافة تدفق الحرارة من خلال جدار متعدد الطبقات: .

التدفق الحراري Q ، W ، الذي يمر عبر جدار مسطح بمساحة سطح F ، يساوي: .

يمكن تحديد درجة الحرارة عند حدود أي طبقتين في ظل ظروف حدودية من النوع الثالث بواسطة المعادلة . يمكنك أيضًا تحديد درجة الحرارة بيانياً.

5. التوصيل الحراري في جدار أسطواني (شروط حدودية من النوع الأول).

دعونا نفكر في عملية ثابتة للتوصيل الحراري من خلال جدار أسطواني متجانس (أنبوب) بطول l مع نصف قطر داخلي r1 ونصف قطر خارجي r2. الموصلية الحرارية لمادة الجدار l هي قيمة ثابتة. يتم ضبط درجات حرارة ثابتة tc1 و tc2 على سطح الجدار.

في الحالة (l >> r) ، ستكون الأسطح متساوية الحرارة أسطوانية ، وسيكون مجال درجة الحرارة أحادي البعد. أي ، t = f (r) ، حيث r هو الإحداثي الحالي للنظام الأسطواني ، r1 £ r £ r2..gif "width =" 113 "height =" 48 ">.

يتيح لنا إدخال متغير جديد إحضار المعادلة إلى النموذج: https://pandia.ru/text/78/654/images/image047.gif "width =" 107 "height =" 25 "> ، لدينا :

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

استبدال قيم C1 و C2 في المعادلة ، نحن نحصل:

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

هذا التعبير هو معادلة المنحنى اللوغاريتمي. وبالتالي ، داخل جدار أسطواني متجانس بقيمة ثابتة للتوصيل الحراري ، تتغير درجة الحرارة وفقًا لقانون لوغاريتمي.

لمعرفة مقدار الحرارة التي تمر عبر مساحة سطح أسطواني للجدار F لكل وحدة زمنية ، يمكنك استخدام قانون فورييه:

الاستعاضة عن معادلة قانون فورييه بقيمة التدرج الحراري وفقًا للمعادلة نحن نحصل: (*) لا تعتمد قيمة ® Q على سمك الجدار ، ولكن على نسبة القطر الخارجي إلى القطر الداخلي.

إذا قمت بإحالة التدفق الحراري لكل وحدة طول للجدار الأسطواني ، فيمكن كتابة المعادلة (*) على النحو التالي https://pandia.ru/text/78/654/images/image056.gif "width =" 67 "height = "52 src ="> هي المقاومة الحرارية للتوصيل الحراري للجدار الأسطواني.

لجدار أسطواني متعدد الطبقات https://pandia.ru/text/78/654/images/image058.gif "width =" 225 "height =" 57 src = ">.

6. انتقال الحرارة عبر جدار أسطواني (شروط حدودية من النوع الثالث).

دعونا نفكر في جدار أسطواني منتظم بطول كبير بقطر داخلي d1 وقطر خارجي d2 وموصلية حرارية ثابتة. تم إعطاء قيم درجة الحرارة للوسيط tl1 الساخن والوسط البارد tl2 ومعاملات نقل الحرارة a1 و a2. للوضع الثابت ، يمكننا أن نكتب:

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

أين - معامل نقل الحرارة الخطي ،يميز شدة انتقال الحرارة من سائل إلى آخر من خلال الجدار الفاصل بينهما ؛ يساوي عددًا كمية الحرارة التي تمر من وسيط إلى آخر عبر جدار أنبوب طوله متر واحد لكل وحدة زمنية مع اختلاف درجة الحرارة بينهما بمقدار 1 كلفن.

يسمى مقلوب معامل انتقال الحرارة الخطي المقاومة الحرارية الخطية لانتقال الحرارة.

بالنسبة لجدار متعدد الطبقات ، تكون المقاومة الحرارية الخطية لانتقال الحرارة هي مجموع المقاومة الحرارية الخطية لنقل الحرارة ومجموع المقاومة الحرارية الخطية للتوصيل الحراري للطبقات.

درجات الحرارة على الحدود بين الطبقات: 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 = ">

أين – معامل نقل الحرارة للجدار الكروي.

يسمى مقلوب معامل نقل الحرارة للجدار الكروي المقاومة الحرارية لانتقال الحرارة للجدار الكروي.

شروط الحدودأنا نوع.

يجب أن تكون هناك كرة ذات نصف قطر سطح داخلي وخارجي r1 و r2 ، وموصلية حرارية ثابتة ، وإعطاء درجات حرارة سطح موزعة بشكل موحد tc1 و tc2.

في ظل هذه الظروف ، تعتمد درجة الحرارة فقط على نصف القطر r. وفقًا لقانون فورييه ، فإن تدفق الحرارة عبر الجدار الكروي يساوي: .

يعطي تكامل المعادلة التوزيع الحراري التالي في الطبقة الكروية:

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

لذلك ، د - سمك الجدار.

توزيع درجة الحرارة: ® عند التوصيل الحراري الثابت ، تتغير درجة الحرارة في الجدار الكروي وفقًا لقانون القطع الزائد.

8. المقاومة الحرارية.

جدار مسطح طبقة واحدة:

شروط الحدود من النوع الأول

تسمى النسبة بالتوصيل الحراري للجدار ، ومتبادلها هو https://pandia.ru/text/78/654/images/image036_0.gif "width =" 349 "height =" 55 ">.

جدار أسطواني ذو طبقة واحدة:

شروط الحدود من النوع الأول

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

شروط الحدود من النوع الثالث

المقاومة الحرارية الخطية لانتقال الحرارة: https://pandia.ru/text/78/654/images/image078.gif "width =" 249 "height =" 53 "> (جدار متعدد الطبقات)

9. قطر العزل الحرج.

دعونا نفكر في الحالة عندما يكون الأنبوب مغطى بعزل حراري من طبقة واحدة بقطر خارجي d3. بافتراض معاملات نقل الحرارة المعطاة والثابتة a1 و a2 ، ودرجات حرارة كلا السائلين tl1 و tl2 ، والتوصيل الحراري للأنبوب l1 والعزل l2.

حسب المعادلة ، التعبير عن المقاومة الحرارية الخطية لانتقال الحرارة من خلال جدار أسطواني من طبقتين له الشكل: https://pandia.ru/text/78/654/images/image080.gif "width =" 72 "height =" 52 src = "> سيزداد ، ويقل المصطلح. بمعنى آخر ، تؤدي الزيادة في القطر الخارجي للعزل إلى زيادة المقاومة الحرارية للتوصيل الحراري للعزل وانخفاض المقاومة الحرارية لانتقال الحرارة على سطحه الخارجي ويرجع هذا الأخير إلى زيادة مساحة السطح الخارجي.

الحد الأقصى للوظيفة Rl – – القطر الحرجيشار إليه باسم DCR. يعمل كمؤشر لمدى ملاءمة المادة للاستخدام كعزل حراري لأنبوب بقطر خارجي معين d2 عند معامل نقل حرارة معين a2.

10. اختيار العزل الحراري حسب القطر الحرج.

انظر السؤال 9. يجب أن يتجاوز قطر العزل القطر الحرج للعزل.

11. نقل الحرارة من خلال جدار مضلع. عامل الزعانف.

ضع في اعتبارك جدارًا مضلعًا بسمك د وموصلية حرارية ل. على الجانب الأملس ، تكون مساحة السطح F1 ، وعلى الجانب المضلع F2. يتم ضبط درجات الحرارة tl1 و tl2 في الوقت المناسب ، بالإضافة إلى معاملات نقل الحرارة a1 و a2.

دعونا نشير إلى درجة حرارة السطح الأملس كـ tc1. لنفترض أن درجات حرارة أسطح الزعانف والجدار نفسه هي نفسها وتساوي tc2. مثل هذا الافتراض ، بشكل عام ، لا يتوافق مع الواقع ، لكنه يبسط الحسابات وغالبًا ما يستخدم.

عندما tl1> tl2 ، يمكن كتابة التعبيرات التالية لتدفق الحرارة Q:

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

أين – معامل انتقال الحرارة للجدار المضلع.

عند حساب كثافة التدفق الحراري لكل وحدة من سطح الجدار غير المضلع ، نحصل على: . k1 هو معامل نقل الحرارة المرتبط بسطح الجدار غير المزين بالزعانف.

تسمى نسبة مساحة السطح المضلع إلى مساحة السطح الأملس F2 / F1 معامل الزعانف.

12. الموصلية الحرارية غير الثابتة. نقطة إرشادية. المعنى الماديثنائية ، فو.

الموصلية الحرارية غير الثابتة هي عملية تتغير فيها درجة الحرارة عند نقطة معينة من مادة صلبة بمرور الوقت ، وتشكل مجموعة درجات الحرارة المشار إليها مجال درجة حرارة غير ثابت ، وإيجاده هو المهمة الرئيسية للحرارة غير الثابتة التوصيل. تعتبر عمليات التوصيل الحراري العابر ذات أهمية كبيرة للتدفئة والتهوية وتكييف الهواء والتزويد بالحرارة وتركيبات توليد الحرارة. تتعرض أسوار المباني لتأثيرات حرارية متغيرة بمرور الوقت من الهواء الخارجي ومن جانب الغرفة ؛ وبالتالي ، يتم تنفيذ عملية التوصيل الحراري غير الثابت في مصفوفة غلاف المبنى. يمكن صياغة مشكلة إيجاد مجال درجة حرارة ثلاثي الأبعاد وفقًا للمبادئ الموضحة في قسم "الصيغة الرياضية لمشاكل نقل الحرارة". تتضمن صياغة المشكلة معادلة التوصيل الحراري: أين هو الانتشار الحراري م / ث ، بالإضافة إلى شروط التفرد التي تجعل من الممكن استفراد حل واحد من مجموعة حلول المعادلة التي تختلف في القيمة ثوابت التكامل.

تتضمن شروط التفرد الشروط الأولية والحدودية. تحدد الشروط الأولية قيم الوظيفة المرغوبة t في اللحظة الأولى من الزمن على المنطقة بأكملها D. نظرًا لأن المنطقة D التي يلزم فيها العثور على مجال درجة الحرارة ، سننظر في متوازي المستطيل ذي الأبعاد 2d ، 2ly ، 2lz ، على سبيل المثال ، عنصر من عناصر هيكل المبنى. ثم الشروط الأوليةيمكن كتابتها على النحو التالي: عند t = 0 و - d £ x £ d ؛ - ly £ y £ ly؛ -lz £ z £ lz لدينا t = t (x، y، z، 0) = t0 (x، y، z). يمكن أن نرى من هذا المدخل أن أصل نظام الإحداثيات الديكارتية يقع في مركز تناظر خط الموازي.

نصوغ الشروط الحدودية في شكل شروط حدودية من النوع الثالث ، والتي غالبًا ما نواجهها في الممارسة. تحدد الظروف الحدودية من النوع الثالث في أي لحظة زمنية على حدود المنطقة D معامل انتقال الحرارة ودرجة الحرارة المحيطة. في الحالة العامة ، يمكن أن تختلف هذه القيم في أجزاء مختلفة من السطح S للمنطقة D. في حالة نفس معامل نقل الحرارة a على السطح بالكامل S وفي كل مكان نفس درجة الحرارة المحيطة tzh ، يمكن كتابة الشروط الحدودية من النوع الثالث عند t> 0 على النحو التالي: ؛

أين . S هو السطح الذي يحيط بالمنطقة D.

تؤخذ درجة الحرارة في كل من المعادلات الثلاث على الوجه المقابل لخط متوازي السطوح.

دعونا ننظر في الحل التحليلي للمشكلة التي تمت صياغتها أعلاه في النسخة أحادية البعد ، أي تحت الشرط ly »d. في هذه الحالة ، مطلوب إيجاد مجال درجة الحرارة بالصيغة t = t (x، t). لنكتب بيان المشكلة:

المعادلة ;

الشرط الأولي: عند t = 0 لدينا t (x، 0) = t0 = const ؛

شرط الحدود: بالنسبة إلى x = ± d، t> 0 لدينا https://pandia.ru/text/78/654/images/image095.gif "width =" 141 "height =" 27 ">. المشكلة في من أجل الحصول على صيغة محددة t = t (x، t) ، مما يجعل من الممكن العثور على درجة الحرارة t في أي نقطة من اللوحة في لحظة زمنية عشوائية.

دعونا نصيغ المشكلة في المتغيرات التي لا أبعاد لها ، وهذا سيقلل المدخلات ويجعل الحل أكثر شمولية. درجة الحرارة بلا أبعاد هي ، الإحداثي عديم الأبعاد هو X = x / d..gif "width =" 149 "height =" 27 src = ">. gif" width = "120" height = "25"> ، حيث - عدد البيوت.

تحتوي صياغة المشكلة في شكل بلا أبعاد على معلمة واحدة - رقم Biot ، والذي يعد في هذه الحالة معيارًا ، لأنه يتكون فقط من الكميات المدرجة في شرط التفرد. يرتبط استخدام رقم Biot بإيجاد مجال درجة الحرارة في مادة صلبة ، لذا فإن المقام Bi هو الموصلية الحرارية للمادة الصلبة. Bi هي معلمة محددة مسبقًا وهي معيار.

إذا أخذنا في الاعتبار عمليتين للتوصيل الحراري غير الثابت بنفس أرقام Biot ، فوفقًا لنظرية التشابه الثالثة ، فإن هذه العمليات متشابهة. هذا يعني أنه في نقاط مماثلة (أي عند X1 = X2 ؛ Fo1 = Fo2) ستكون درجات الحرارة بلا أبعاد متساوية عدديًا: Q1 = Q2. لذلك ، بعد إجراء عملية حسابية واحدة في نموذج بلا أبعاد ، سنحصل على نتيجة صالحة لفئة من الظواهر المماثلة التي قد تختلف في معلمات الأبعاد a و l و d و t0 و tl.

13. موصلية حرارية غير ثابتة لجدار مسطح غير محدود.

انظر السؤال 12.

17. معادلة الطاقة. شروط الوضوح.

تصف معادلة الطاقة عملية نقل الحرارة في وسط المادة. في الوقت نفسه ، يرتبط توزيعه بالتحول إلى أشكال أخرى من الطاقة. تمت صياغة قانون حفظ الطاقة فيما يتعلق بعمليات تحولها في شكل القانون الأول للديناميكا الحرارية ، وهو الأساس لاشتقاق معادلة الطاقة. من المفترض أن يكون الوسط الذي تنتشر فيه الحرارة مستمرًا ؛ يمكن أن تكون ثابتة أو متحركة. نظرًا لأن حالة الوسط المتحرك أكثر عمومية ، فإننا نستخدم تعبير القانون الأول للديناميكا الحرارية للتدفق: (17.1) ، حيث q هي حرارة الإدخال ، J / كجم ؛ ح هو المحتوى الحراري ، J / كجم ؛ ث هي سرعة الوسيط عند النقطة المدروسة ، م / ث ؛ g هو تسارع السقوط الحر ؛ z هو الارتفاع الذي يقع عنده عنصر الوسيط المدروس ، م ؛ ltr يعمل ضد قوى الاحتكاك الداخلي ، J / kg.

وفقًا للمعادلة 17.1 ، يتم إنفاق المدخلات الحرارية على زيادة المحتوى الحراري والطاقة الحركية والطاقة الكامنة في مجال الجاذبية ، بالإضافة إلى القيام بعمل ضد القوى اللزجة .. gif "width =" 265 height = 28 "height =" 28 "> (17.2) .

T. إلى. (17.3) .

دعونا نحسب مقدار حرارة المدخلات والمخرجات لكل وحدة زمنية لعنصر متوسط في شكل متوازي خط مستطيل ، أبعاده صغيرة بما يكفي لافتراض تغيير خطي في كثافة تدفق الحرارة ضمن حدودها .. gif "عرض = "236" الارتفاع = "52" ؛ الفرق بينهما هو.

عند إجراء عملية مماثلة للمحاور 0y و 0z ، نحصل على الاختلافات ، على التوالي: الفرق نحصل على الكمية الناتجة من الحرارة التي يتم توفيرها (أو إزالتها) للعنصر لكل وحدة زمنية.

نحن نقتصر على حالة التدفق بسرعة معتدلة ، ثم كمية الحرارة التي يتم توفيرها تساوي التغير في المحتوى الحراري. إذا افترضنا أن خط الموازي الأولي ثابت في الفضاء وأن وجوهه قابلة للاختراق للتدفق ، فيمكن تمثيل هذه النسبة على النحو التالي: https://pandia.ru/text/78/654/images/image114.gif "width = "18" height = "31"> - معدل تغير المحتوى الحراري عند نقطة ثابتة في الفضاء محاطًا بخط متوازي خطي أولي ؛ يتم إدخال علامة الطرح لتتناسب مع انتقال الحرارة والتغير في المحتوى الحراري: التدفق الناتج للحرارة<0 должен вызывать увеличение энтальпии.

(17.10) .

يتم اشتقاق معادلة الطاقة باستبدال التعبيرات (17.6) و (17.10) في المعادلة (17.4). نظرًا لأن هذه العملية ذات طبيعة رسمية ، فسنقوم بإجراء تحويلات فقط للمحور 0x: (17.11) .

باستخدام المعلمات الفيزيائية الثابتة للوسيط ، نحصل على التعبير التالي للمشتق: (17.12) . بعد تلقي عبارات مماثلة للإسقاطات على محاور أخرى ، سنقوم بتكوين المجموع المضمن بين قوسين على الجانب الأيمن من المعادلة (17.4). وبعد بعض التحولات نحصل عليها معادلة الطاقةلوسط غير قابل للضغط بمعدلات تدفق معتدلة:

(17.13) .

يميز الجانب الأيسر من المعادلة معدل تغير درجة حرارة جزيء سائل متحرك. الجانب الأيمن من المعادلة هو مجموع مشتقات الشكل ، وبالتالي ، يحدد العرض الناتج (أو إزالة) الحرارة بسبب التوصيل الحراري.

وبالتالي ، فإن معادلة الطاقة لها معنى فيزيائي واضح: يتم تحديد التغير في درجة حرارة جزيء سائل متحرك (الجانب الأيسر) من خلال تدفق الحرارة إلى هذا الجسيم من السائل المحيط به بسبب التوصيل الحراري (الجانب الأيمن).

لبيئة ثابتة ، أعضاء الحمل الحراري https://pandia.ru/text/78/654/images/image128.gif "width =" 168 "height =" 51 ">. gif" width = "76" height = "20 src = ">.

شروط الوضوح.

تحتوي المعادلات التفاضلية على عدد لا حصر له من الحلول ، وتنعكس هذه الحقيقة رسميًا في وجود ثوابت تكامل عشوائية. لحل مشكلة هندسية معينة ، يجب إضافة بعض الشروط الإضافية إلى المعادلات المتعلقة بالجوهر و بصماتهذه المهمة.

توجد مجالات الوظائف المرغوبة - درجة الحرارة والسرعة والضغط - في منطقة معينة ، يجب تحديد شكلها وأبعادها ، وفي فترة زمنية معينة. لاشتقاق حل واحد للمشكلة من مجموعة من الحلول الممكنة ، من الضروري تحديد قيم الوظائف المطلوبة: في اللحظة الأولى من الوقت في المنطقة بأكملها قيد النظر ؛ في أي وقت على حدود المنطقة قيد النظر.

20.03.2014

قياس كثافة التدفقات الحرارية التي تمر عبر غلاف المبنى. GOST 25380-82

التدفق الحراري - مقدار الحرارة المنقولة عبر سطح متساوي الحرارة لكل وحدة زمنية. يتم قياس تدفق الحرارة بالواط أو كيلو كالوري / ساعة (1 واط \ u003d 0.86 كيلو كالوري / ساعة). يسمى التدفق الحراري لكل وحدة من السطح المتساوي الحرارة بكثافة تدفق الحرارة أو الحمل الحراري ؛ يُشار إليها عادةً بـ q ، وتُقاس بـ W / m 2 أو kcal / (m 2 × h). كثافة تدفق الحرارة عبارة عن متجه ، أي مكون منه يساوي عدديًا كمية الحرارة المنقولة لكل وحدة زمنية عبر مساحة وحدة متعامدة على اتجاه المكون المأخوذ.

يتم إجراء قياسات كثافة التدفقات الحرارية التي تمر عبر غلاف المبنى وفقًا لـ GOST 25380-82 "المباني والهياكل. طريقة قياس كثافة التدفقات الحرارية التي تمر عبر غلاف المبنى ".

يؤسس هذا GOST طريقة لقياس كثافة التدفق الحراري الذي يمر عبر الهياكل المغلقة أحادية الطبقة ومتعددة الطبقات للمباني والهياكل - العامة والسكنية والزراعية والصناعية.

في الوقت الحاضر ، في تشييد المباني وقبولها وتشغيلها ، وكذلك في قطاع الإسكان والمجمعات ، يتم إيلاء الكثير من الاهتمام لجودة البناء المكتمل والديكور الداخلي ، والعزل الحراري للمباني السكنية ، فضلاً عن توفير الطاقة.

معلمة تقييم مهمة في هذه الحالة هي استهلاك الحرارة من الهياكل العازلة. يمكن إجراء اختبارات جودة الحماية الحرارية للهياكل المغلقة للمباني مراحل مختلفة: أثناء التكليف بالمباني ، في مواقع البناء المكتملة ، أثناء البناء ، خلال فترة إصلاح الهياكل ، وأثناء تشغيل المباني لسحب جوازات الطاقة للمباني ، وفي الشكاوى.

يجب إجراء قياسات كثافة التدفق الحراري عند درجة حرارة محيطة تتراوح من -30 إلى +50 درجة مئوية ورطوبة نسبية لا تزيد عن 85٪.

يتيح قياس كثافة التدفق الحراري تقدير التدفق الحراري عبر غلاف المبنى ، وبالتالي تحديد الأداء الحراري لمغلفات المبنى والبناء.

لا تنطبق هذه المواصفة القياسية على تقييم الأداء الحراري للهياكل المرفقة التي تنقل الضوء (زجاج ، بلاستيك ، إلخ).

دعونا نفكر في طريقة قياس كثافة تدفق الحرارة. يتم تثبيت لوحة (ما يسمى "الجدار الإضافي") على الهيكل المحيط للمبنى (الهيكل). يتناسب فرق درجة الحرارة المتكون على هذا "الجدار الإضافي" مع كثافته في اتجاه تدفق الحرارة. يتم تحويل فرق درجة الحرارة إلى القوة الدافعة الكهربائية لبطاريات المزدوجة الحرارية ، والتي توجد على "الجدار الإضافي" وموجهة بالتوازي مع تدفق الحرارة ، ومتصلة في سلسلة وفقًا للإشارة المتولدة. معًا ، يشكل "الجدار الإضافي" ومكدس المزدوجات الحرارية محول طاقة قياس لقياس كثافة تدفق الحرارة.

بناءً على نتائج قياس القوة الدافعة الكهربائية للبطاريات المزدوجة الحرارية ، يتم حساب كثافة تدفق الحرارة على محولات الطاقة التي تمت معايرتها مسبقًا.

يظهر مخطط قياس كثافة التدفق الحراري في الرسم.

1 - أرفق الهيكل ؛ 2 - محول تدفق الحرارة ؛ 3 - مقياس emf ؛

ر في ، ر ن- درجة حرارة الهواء الداخلي والخارجي ؛

τ n ، τ in ، τ 'in- درجة حرارة الأسطح الخارجية والداخلية للهيكل المحيط بالقرب من المحول وتحته ، على التوالي ؛

ص 1 ، ص 2 -المقاومة الحرارية لغلاف المبنى ومحول تدفق الحرارة ؛

س 1 ، ف 2- كثافة التدفق الحراري قبل وبعد تثبيت المحول

مصادر الأشعة تحت الحمراء. حماية الأشعة تحت الحمراء في أماكن العمل

مصدر الأشعة تحت الحمراء (IR) هو أي جسم ساخن ، تحدد درجة حرارته شدة وطيف الطاقة الكهرومغناطيسية المنبعثة. يتم تحديد الطول الموجي مع الطاقة القصوى للإشعاع الحراري بالصيغة:

λ ماكس = 2.9-103 / طن [م] (1)

حيث T هي درجة الحرارة المطلقة للجسم المشع ، K.

تنقسم الأشعة تحت الحمراء إلى ثلاثة مجالات:

الموجة القصيرة (X \ u003d 0.7 - 1.4 ميكرون) ؛
موجة متوسطة (k \ u003d 1.4 - 3.0 ميكرون):
الطول الموجي الطويل (k = 3.0 ميكرومتر - 1.0 مم).

على جسم الإنسان ، فإن الموجات الكهربائية في نطاق الأشعة تحت الحمراء لها تأثير حراري بشكل أساسي. عند تقييم هذا التأثير ، يتم أخذ ما يلي في الاعتبار:

طول الموجة وشدتها بأقصى طاقة ؛

مساحة السطح المنبعث ؛

مدة التعرض خلال يوم العمل ؛

مدة التعرض المستمر

شدة العمل البدني

شدة حركة الهواء في مكان العمل ؛

نوع القماش الذي تصنع منه الملابس الداخلية ؛

الخصائص الفردية للجسم.

يشمل نطاق الموجات القصيرة أشعة بطول موجي λ ≤ 1.4 ميكرومتر. تتميز بالقدرة على اختراق أنسجة جسم الإنسان على عمق عدة سنتيمترات. يتسبب هذا التأثير في أضرار جسيمة لمختلف الأعضاء والأنسجة البشرية مع عواقب وخيمة. هناك زيادة في درجة حرارة العضلات والرئة والأنسجة الأخرى. يتم تشكيل مواد نشطة بيولوجيا محددة في الدورة الدموية والجهاز الليمفاوي. تعطل عمل الجهاز العصبي المركزي.

يشمل نطاق الموجة المتوسطة أشعة بطول موجة λ = 1.4 - 3.0 ميكرومتر. تخترق فقط الطبقات السطحية من الجلد ، وبالتالي فإن تأثيرها على جسم الإنسان يقتصر على زيادة درجة حرارة مناطق الجلد المكشوفة وزيادة درجة حرارة الجسم.

نطاق الطول الموجي الطويل - الأشعة ذات الطول الموجي λ> 3 ميكرومتر. تؤثر على جسم الإنسان ، فهي تسبب أقوى زيادة في درجة حرارة مناطق الجلد المكشوفة ، مما يعطل نشاط الجهاز التنفسي والقلب والأوعية الدموية ويعطل التوازن الحراري للنشوة الجنسية ، مما يؤدي إلى ضربة الشمس.

وفقًا لـ GOST 12.1.005-88 ، يجب ألا تتجاوز شدة التعرض الحراري للعمال من الأسطح الساخنة للمعدات التكنولوجية وأجهزة الإضاءة: 35 واط / م 2 عندما يتم تشعيع أكثر من 50 ٪ من سطح الجسم ؛ 70 واط / م 2 عند تعريض 25 إلى 50٪ من سطح الجسم ؛ 100 واط / م 2 مع تشعيع لا يزيد عن 25٪> من سطح الجسم. من المصادر المفتوحة (المعدن والزجاج المسخن ، اللهب المكشوف) ، يجب ألا تتجاوز شدة الإشعاع الحراري 140 واط / م 2 مع تعرض ما لا يزيد عن 25٪ من سطح الجسم والاستخدام الإلزامي لمعدات الحماية الشخصية ، بما في ذلك الوجه و حماية العين.

تحدد المعايير أيضًا درجة حرارة الأسطح الساخنة للمعدات في منطقة العمل ، والتي يجب ألا تتجاوز 45 درجة مئوية.

يجب ألا تتجاوز درجة حرارة سطح الجهاز ، التي تقترب درجة الحرارة داخلها من 100 درجة مئوية ، 35 درجة مئوية.

تشمل الأنواع الرئيسية للحماية من الأشعة تحت الحمراء ما يلي:

1. حماية الوقت.

2. حماية المسافة.

3. التدريع والعزل الحراري أو تبريد الأسطح الساخنة ؛

4. زيادة نقل الحرارة لجسم الإنسان.

5. معدات الحماية الشخصية.

6. القضاء على مصدر الحرارة.

هناك ثلاثة أنواع من الشاشات:

مبهمة؛

· شفاف؛

شفاف.

في الشاشات غير الشفافة ، عندما تتفاعل طاقة التذبذبات الكهرومغناطيسية مع مادة الشاشة ، يتم تحويلها إلى طاقة حرارية. نتيجة لهذا التحول ، ترتفع درجة حرارة الشاشة وتصبح هي نفسها مصدرًا للإشعاع الحراري. يعتبر الإشعاع من سطح الشاشة المقابل للمصدر تقليديًا بمثابة إشعاع مرسل من المصدر. يصبح من الممكن حساب كثافة تدفق الحرارة الذي يمر عبر مساحة وحدة الشاشة.

مع الشاشات الشفافة ، الأمور مختلفة. يتم توزيع الإشعاع الساقط على سطح الشاشة بداخلها وفقًا لقوانين البصريات الهندسية. هذا ما يفسر شفافيتها الضوئية.

تتميز الشاشات الشفافة بخصائص شفافة وغير شفافة.

· عاكسة للحرارة.

· امتصاص الحرارة.

مشتت للحرارة.

في الواقع ، تتمتع جميع الشاشات ، بدرجة أو بأخرى ، بخاصية امتصاص الحرارة أو عكسها أو تبديدها. لذلك ، يعتمد تعريف الشاشة لمجموعة معينة على الخاصية التي يتم التعبير عنها بشدة.

تتميز الشاشات العاكسة للحرارة بدرجة منخفضة من سواد السطح. لذلك ، فهي تعكس معظم الأشعة التي تسقط عليها.

تشمل الشاشات الماصة للحرارة الشاشات التي تكون فيها المادة التي صنعت منها ذات معامل توصيل حراري منخفض (مقاومة حرارية عالية).

تعمل الأفلام الشفافة أو الستائر المائية كشاشات لإزالة الحرارة. يمكن أيضًا استخدام الشاشات الموجودة داخل حدود الزجاج أو المعدن الواقي.

E \ u003d (ف - ف 3) / ف (3)

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

ف 3 - كثافة تدفق الأشعة تحت الحمراء مع استخدام الحماية ، W / م 2 ؛

ر هي درجة حرارة الأشعة تحت الحمراء دون استخدام الحماية ، درجة مئوية ؛

ر 3 - درجة حرارة الأشعة تحت الحمراء مع استخدام الحماية ، درجة مئوية.

الأجهزة المستخدمة

لقياس كثافة التدفقات الحرارية التي تمر عبر غلاف المبنى وللتحقق من خصائص الدروع الحرارية ، طور متخصصونا أجهزة من السلسلة.

نطاق قياس كثافة التدفق الحراري: من 10 إلى 250 ، 500 ، 2000 ، 9999 واط / م 2

منطقة التطبيق:

· بناء؛

كائنات الطاقة

· بحث علميوإلخ.

يتم قياس كثافة التدفق الحراري ، كمؤشر لخصائص العزل الحراري للمواد المختلفة ، بواسطة أجهزة من السلسلة على:

· اختبارات تقنية حرارية لتضمين الهياكل.

تحديد فقد الحرارة في شبكات تسخين المياه ؛

إجراء الأعمال المخبرية في الجامعات (أقسام "سلامة الحياة" ، "البيئة الصناعية" ، إلخ).

يوضح الشكل نموذجًا أوليًا للحامل "تحديد معاملات الهواء في منطقة العمل والحماية من التأثيرات الحرارية" BZhZ 3 (تم تصنيعه بواسطة Intos + LLC).

يوجد على الاستاند مصدر إشعاع حراري (عاكس منزلي). يتم وضع شاشات مصنوعة من مواد مختلفة (معدن ، قماش ، إلخ) أمام المصدر. يتم وضع الجهاز خلف الشاشة داخل نموذج الغرفة على مسافات مختلفة من الشاشة. يتم تثبيت شفاط العادم بمروحة فوق طراز الغرفة. الجهاز بالإضافة إلى مسبار قياس كثافة التدفق الحراري مزود بمسبار لقياس درجة حرارة الهواء داخل النموذج. بشكل عام ، يعتبر الحامل نموذجًا مرئيًا لتقييم فعالية أنواع مختلفة من الحماية الحرارية ونظام تهوية محلي.

بمساعدة الحامل ، يتم تحديد فعالية الخصائص الوقائية للشاشات اعتمادًا على المواد التي صنعت منها وعلى المسافة من الشاشة إلى مصدر الإشعاع الحراري.

مبدأ تشغيل وتصميم الجهاز IPP-2

من الناحية الهيكلية ، يتكون الجهاز في علبة بلاستيكية. يوجد على اللوحة الأمامية للجهاز مؤشر LED مكون من أربعة أرقام وأزرار تحكم ؛ يوجد على السطح الجانبي موصلات لتوصيل الجهاز بجهاز كمبيوتر ومحول شبكة. يوجد في اللوحة العلوية موصل لتوصيل المحول الأساسي.

مظهر الجهاز

1 - مؤشر LED لحالة البطارية

2 - مؤشر LED لانتهاك العتبة

3 - مؤشر قيمة القياس

4 - موصل قياس المسبار

5 , 6 - أزرار التحكم

7 - موصل للتوصيل بجهاز كمبيوتر

8 - موصل لمحول الشبكة

مبدأ التشغيل

يعتمد مبدأ تشغيل الجهاز على قياس فرق درجة الحرارة على "الجدار الإضافي". يتناسب حجم الاختلاف في درجة الحرارة مع كثافة تدفق الحرارة. يتم قياس فرق درجة الحرارة باستخدام شريط مزدوج حراري موجود داخل لوحة المسبار ، والذي يعمل بمثابة "جدار مساعد".

بيان القياسات وأنماط تشغيل الجهاز

يستجوب الجهاز مسبار القياس ، ويحسب كثافة تدفق الحرارة ويعرض قيمتها على مؤشر LED. الفاصل الزمني لاقتراع المسبار حوالي ثانية واحدة.

تسجيل القياسات

تتم كتابة البيانات الواردة من مسبار القياس إلى ذاكرة الوحدة غير المتطايرة مع فترة زمنية معينة. يتم تحديد الفترة الزمنية وقراءة البيانات وعرضها باستخدام البرنامج.

واجهة الاتصالات

بمساعدة واجهة رقمية ، يمكن قراءة القيم الحالية لقياس درجة الحرارة وبيانات القياس المتراكمة من الجهاز ، ويمكن تغيير إعدادات الجهاز. يمكن أن تعمل وحدة القياس مع جهاز كمبيوتر أو وحدات تحكم أخرى عبر الواجهة الرقمية RS-232. يمكن للمستخدم تكوين سعر الصرف عبر واجهة RS-232 في النطاق من 1200 إلى 9600 بت في الثانية.

مميزات الجهاز:

القدرة على تحديد عتبات الإنذارات الصوتية والضوئية ؛
نقل القيم المقاسة إلى جهاز كمبيوتر عبر واجهة RS-232.

تتمثل ميزة الجهاز في القدرة على توصيل ما يصل إلى 8 مجسات مختلفة لتدفق الحرارة بالتناوب بالجهاز. كل مسبار (مستشعر) له عامل معايرة فردي خاص به (عامل التحويل Kq) ، يوضح مقدار تغير الجهد من المستشعر بالنسبة لتدفق الحرارة. يتم استخدام هذا المعامل بواسطة الأداة لبناء خاصية المعايرة للمسبار ، والتي تحدد القيمة الحالية المقاسة لتدفق الحرارة.

تعديلات المجسات لقياس كثافة التدفق الحراري:

تم تصميم مجسات تدفق الحرارة لقياس كثافة تدفق الحرارة السطحية وفقًا لـ GOST 25380-92.

ظهور مجسات تدفق الحرارة

1. يتوفر مسبار تدفق الحرارة من نوع الضغط PTP مع زنبرك في التعديلات التالية (اعتمادًا على نطاق قياس كثافة تدفق الحرارة):

PTP-2.0P: من 10 إلى 2000 واط / م 2 ؛

PTP-9.9P: من 10 إلى 9999 واط / م 2.

2. مسبار تدفق الحرارة على شكل "عملة معدنية" على كابل مرن PTP-2.0.

مدى قياس كثافة التدفق الحراري: من 10 إلى 2000 واط / م 2.

تعديلات مسبار درجة الحرارة:

ظهور مجسات درجة الحرارة

1. المزدوجات الحرارية الغاطسة TPP-A-D-L على أساس الثرمستور Pt1000 (المزدوجات الحرارية المقاومة) والمزدوجات الحرارية А-А-D-L القائمة على المزدوجات الحرارية XA (المزدوجات الحرارية الكهربائية) مصممة لقياس درجة حرارة مختلف الوسائط السائلة والغازية ، وكذلك المواد السائبة.

نطاق قياس درجة الحرارة:

بالنسبة لـ CCI-A-D-L: من -50 إلى +150 درجة مئوية ؛

بالنسبة لـ THA-A-D-L: من -40 إلى +450 درجة مئوية.

أبعاد:

D (القطر): 4 أو 6 أو 8 مم ؛

L (الطول): من 200 إلى 1000 ملم.

2. المزدوج الحراري ТХА-А-D1 / D2-LП على أساس المزدوج الحراري ХА (المزدوج الحراري الكهربائي) مصمم لقياس درجة حرارة سطح مستو.

أبعاد:

D1 (قطر "الدبوس المعدني"): 3 مم ؛

D2 (قطر القاعدة - "رقعة"): 8 مم ؛

L (طول "الدبوس المعدني"): 150 ملم.

3. تم تصميم المزدوج الحراري А-А-D-LC على أساس المزدوج الحراري ХА (المزدوج الحراري الكهربائي) لقياس درجة حرارة الأسطح الأسطوانية.

نطاق قياس درجة الحرارة: من -40 إلى +450 درجة مئوية.

أبعاد:

D (القطر) - 4 مم ؛

L (طول "الدبوس المعدني"): 180 مم ؛

عرض الشريط - 6 مم.

تتضمن مجموعة توصيل الجهاز لقياس كثافة الحمل الحراري للوسيط ما يلي:

1. مقياس كثافة التدفق الحراري (وحدة القياس).

2. مسبار لقياس كثافة تدفق الحرارة. *

3. مسبار درجة الحرارة.

4. البرمجيات. **

5. كابل للاتصال بجهاز كمبيوتر شخصي. **

6. شهادة معايرة.

7. دليل التشغيل وجواز السفر للجهاز.

8. جواز السفر للمحولات الكهروحرارية (مجسات درجة الحرارة).

9. جواز السفر لمسبار كثافة تدفق الحرارة.

10. محول الشبكة.

* - يتم تحديد نطاقات القياس وتصميم المجس في مرحلة الترتيب

** - يتم توفير العناصر بأمر خاص.

تجهيز الجهاز للتشغيل وأخذ القياسات

1. أخرج الجهاز من العبوة. إذا تم إحضار الجهاز إلى غرفة دافئة من غرفة باردة ، فمن الضروري السماح للجهاز بالتسخين إلى درجة حرارة الغرفة لمدة ساعتين على الأقل.

2. اشحن البطاريات عن طريق توصيل محول التيار المتردد بالجهاز. مدة الشحن لبطارية فارغة بالكامل لا تقل عن 4 ساعات. من أجل إطالة عمر خدمة البطارية القابلة لإعادة الشحن ، يوصى بإجراء تفريغ كامل مرة واحدة شهريًا حتى يتم إيقاف تشغيل الجهاز تلقائيًا ثم شحنه بالكامل.

3. قم بتوصيل وحدة القياس ومسبار القياس بكابل التوصيل.

4. عند استكمال الجهاز بقرص به برنامج ، قم بتثبيته على جهاز كمبيوتر. قم بتوصيل الجهاز بمنفذ COM مجاني للكمبيوتر باستخدام كبلات التوصيل المناسبة.

5. قم بتشغيل الجهاز بالضغط لفترة وجيزة على الزر "تحديد".

6. عند تشغيل الجهاز ، يتم إجراء اختبار ذاتي للجهاز لمدة 5 ثوانٍ. في حالة وجود أعطال داخلية ، يشير الجهاز الموجود على المؤشر إلى رقم العطل ، مصحوبًا بإشارة صوتية. بعد الاختبار الناجح واستكمال التنزيل ، يعرض المؤشر القيمة الحالية لكثافة تدفق الحرارة. يتم تقديم شرح لفشل الاختبار والأخطاء الأخرى في تشغيل الجهاز في القسم 6 من دليل التعليمات هذا.

7. بعد الاستخدام ، قم بإيقاف تشغيل الجهاز عن طريق الضغط لفترة وجيزة على الزر "تحديد".

8. في حالة تخزين الجهاز لفترة طويلة (أكثر من 3 أشهر) ، يجب إزالة البطاريات من حجرة البطارية.

يوجد أدناه رسم تخطيطي للتبديل في وضع "التشغيل".

إعداد وإجراء القياسات أثناء الاختبار الحراري لمغلفات المبنى.

1. يتم قياس كثافة التدفق الحراري ، كقاعدة عامة ، من داخل الهياكل المحيطة للمباني والهياكل.

يُسمح بقياس كثافة تدفق الحرارة من خارج الهياكل المغلقة إذا كان من المستحيل قياسها من الداخل (بيئة عدوانية ، تقلبات في معلمات الهواء) ، بشرط الحفاظ على درجة حرارة ثابتة على السطح. يتم التحكم في ظروف نقل الحرارة باستخدام مسبار درجة الحرارة ووسيلة لقياس كثافة تدفق الحرارة: عند القياس لمدة 10 دقائق. يجب أن تكون قراءاتهم ضمن خطأ القياس للأجهزة.

2. يتم اختيار المساحات السطحية الخاصة أو المميزة لكامل غلاف المبنى الذي تم اختباره ، اعتمادًا على الحاجة إلى قياس كثافة تدفق الحرارة المحلية أو المتوسطة.

يجب أن تحتوي الأقسام المحددة في الهيكل المرفق للقياسات على طبقة سطحية من نفس المادة ، ونفس المعالجة وحالة السطح ، وأن تكون لها نفس الظروف لنقل الحرارة المشعة ، ويجب ألا تكون قريبة من العناصر التي يمكن أن تغير الاتجاه والقيمة من تدفقات الحرارة.

3. يتم تنظيف المساحات السطحية للهياكل المغلقة ، التي تم تركيب محول تدفق الحرارة عليها ، حتى يتم التخلص من الخشونة المرئية والملموسة عند اللمس.

4. يتم ضغط محول الطاقة بإحكام على كامل سطحه إلى الهيكل المغلق ويتم تثبيته في هذا الموضع ، مما يضمن الاتصال المستمر لمحول طاقة تدفق الحرارة مع سطح المناطق المدروسة خلال جميع القياسات اللاحقة.

عند تركيب محول الطاقة بينه وبين الهيكل المحيط ، لا يُسمح بتكوين فجوات هوائية. لاستبعادها ، يتم تطبيق طبقة رقيقة من الفازلين التقني على مساحة السطح في مواقع القياس ، بحيث تغطي المخالفات السطحية.

يمكن تثبيت محول الطاقة على طول سطحه الجانبي بمحلول من جبس البناء ، والفازلين التقني ، والبلاستيك ، وقضيب بزنبرك ، وغيرها من الوسائل التي تستبعد تشويه تدفق الحرارة في منطقة القياس.

5. أثناء القياسات التشغيلية لكثافة تدفق الحرارة ، يتم لصق السطح المفكوك لمحول الطاقة بطبقة من المواد أو يتم طلاؤه بطلاء بنفس درجة الانبعاث أو درجة مماثلة لها مع اختلاف Δε ≤ 0.1 ، مثل مادة السطح طبقة من الهيكل المرفق.

6. يقع جهاز القراءة على مسافة 5-8 م من مكان القياس أو في غرفة مجاورة لاستبعاد تأثير المراقب على قيمة التدفق الحراري.

7. عند استخدام أجهزة قياس emf ، والتي لها قيود على درجة الحرارة المحيطة ، يتم وضعها في غرفة بدرجة حرارة هواء مقبولة لتشغيل هذه الأجهزة ، ويتم توصيل محول تدفق الحرارة بها باستخدام أسلاك التمديد.

8. يتم تجهيز المعدات وفقًا للمطالبة 7 للتشغيل وفقًا لتعليمات التشغيل الخاصة بالجهاز المقابل ، بما في ذلك مراعاة وقت التعرض اللازم للجهاز لإنشاء نظام درجة حرارة جديد فيه.

تحضير وأخذ القياسات

(أثناء العمل المخبري على المثال العمل المخبري"التحقيق في وسائل الحماية من الأشعة تحت الحمراء")

قم بتوصيل مصدر الأشعة تحت الحمراء بالمقبس. قم بتشغيل مصدر إشعاع الأشعة تحت الحمراء (الجزء العلوي) ومقياس كثافة تدفق الحرارة IPP-2.

قم بتثبيت رأس مقياس كثافة تدفق الحرارة على مسافة 100 مم من مصدر إشعاع الأشعة تحت الحمراء وحدد كثافة تدفق الحرارة (متوسط القيمة من ثلاثة إلى أربعة قياسات).

حرك الحامل ثلاثي القوائم يدويًا على طول المسطرة ، واضبط رأس القياس على مسافات من مصدر الإشعاع الموضح في شكل الجدول 1 ، وكرر القياسات. أدخل بيانات القياس في شكل الجدول 1.

قم بإنشاء رسم بياني لاعتماد كثافة تدفق الأشعة تحت الحمراء على المسافة.

كرر القياسات حسب الفقرات. 1 - 3 مزودة بشاشات واقية مختلفة (ألومنيوم عاكس للحرارة ، قماش ممتص للحرارة ، معدن بسطح أسود ، بريد مختلط السلسلة). أدخل بيانات القياس في شكل جدول 1. أنشئ رسومًا بيانية لاعتماد كثافة تدفق إشعاع الأشعة تحت الحمراء على المسافة لكل شاشة.

شكل الجدول 1

تقدير فعالية العمل الوقائي للشاشات وفقًا للصيغة (3).

قم بتثبيت شاشة واقية (حسب توجيهات المعلم) ، ضع عليها فرشاة واسعة من المكنسة الكهربائية. قم بتشغيل المكنسة الكهربائية في وضع سحب الهواء ، ومحاكاة جهاز تهوية العادم ، وبعد 2-3 دقائق (بعد إنشاء النظام الحراري للشاشة) ، حدد شدة الإشعاع الحراري على نفس المسافات كما في الفقرة 3. قم بتقييم فعالية الحماية الحرارية المجمعة باستخدام الصيغة (3).

يجب رسم اعتماد شدة الإشعاع الحراري على المسافة لشاشة معينة في وضع تهوية العادم على الرسم البياني العام (انظر البند 5).

تحديد فعالية الحماية عن طريق قياس درجة الحرارة لشاشة معينة مع وبدون تهوية العادم باستخدام الصيغة (4).

إنشاء الرسوم البيانية لكفاءة حماية تهوية العادم وبدونها.

قم بتبديل المكنسة الكهربائية إلى وضع النفخ وتشغيلها. بتوجيه تدفق الهواء إلى سطح شاشة واقية معينة (وضع الاستحمام) ، كرر القياسات وفقًا للفقرات. 7 - 10. قارن نتائج القياس في الفقرات. 7-10.

ثبت خرطوم المكنسة الكهربائية على أحد الرفوف وقم بتشغيل المكنسة الكهربائية في وضع "المنفاخ" ، لتوجيه تدفق الهواء بشكل عمودي تقريبًا على تدفق الحرارة (باتجاه طفيف) - تقليد ستارة هوائية. باستخدام مقياس ، قم بقياس درجة حرارة الأشعة تحت الحمراء بدون وبواسطة "المنفاخ".

بناء الرسوم البيانية لكفاءة حماية "المنفاخ" حسب الصيغة (4).

نتائج القياس وتفسيرها

(على سبيل المثال العمل المخبري حول موضوع "البحث عن وسائل الحماية من الأشعة تحت الحمراء" في إحدى الجامعات التقنية في موسكو).

طاولة.
موقد كهربائي EXP-1،0 / 220.
رف لوضع الشاشات القابلة للتبديل.
رف لتركيب رأس القياس.
مقياس كثافة تدفق الحرارة.
مسطرة.
مكنسة كهربائية تايفون 1200.

يتم تحديد شدة (كثافة التدفق) للإشعاع تحت الحمراء q بالصيغة:

q \ u003d 0.78 x S x (T 4 x 10 -8-110) / r 2 [W / m 2]

حيث S هي مساحة السطح المشع ، م 2 ؛

T هي درجة حرارة السطح المشع ، K ؛

ص - المسافة من مصدر الإشعاع ، م.

أحد أكثر أنواع الحماية شيوعًا من الأشعة تحت الحمراء هو حماية الأسطح المنبعثة.

هناك ثلاثة أنواع من الشاشات:

مبهمة؛

شفاف؛

شفاف.

وفقًا لمبدأ التشغيل ، يتم تقسيم الشاشات إلى:

عاكسة للحرارة.

امتصاص الحرارة.

إزالة الحرارة.

يتم تحديد فعالية الحماية من الإشعاع الحراري بمساعدة الدروع E من خلال الصيغ:

E \ u003d (q - q 3) / q

حيث q هي كثافة تدفق الأشعة تحت الحمراء دون استخدام الحماية ، W / م 2 ؛

q3 - كثافة تدفق الأشعة تحت الحمراء مع استخدام الحماية ، W / م 2.

أنواع الشاشات الواقية (معتمة):

1. شاشة بريد سلسلة مختلطة.

بريد السلسلة الإلكترونية = (1550-560) / 1550 = 0.63

2. شاشة معدنية بسطح أسود.

غطاء E al + = (1550 - 210) / 1550 = 0.86

3. شاشة ألومنيوم عاكسة للحرارة.

E al \ u003d (1550-10) / 1550 = 0.99

دعنا نرسم اعتماد كثافة تدفق الأشعة تحت الحمراء على المسافة لكل شاشة.

كما نرى ، تختلف فعالية إجراءات الحماية للشاشات:

1. الحد الأدنى من التأثير الوقائي لشاشة مختلطة - سلسلة بريد - 0.63 ؛

2. شاشة ألومنيوم بسطح أسود - 0.86 ؛

3. شاشة الألمنيوم العاكسة للحرارة لديها أكبر تأثير وقائي - 0.99.

المراجع المعيارية

عند تقييم الأداء الحراري لأغلفة المباني والهياكل وتحديد استهلاك حقيقي للحرارة من خلال مظاريف المبنى الخارجية ، يتم استخدام الوثائق التنظيمية الرئيسية التالية:

· GOST 25380-82. طريقة لقياس كثافة التدفقات الحرارية التي تمر عبر مظاريف المبنى.

عند تقييم الأداء الحراري لمختلف وسائل الحماية من الأشعة تحت الحمراء ، يتم استخدام الوثائق التنظيمية الرئيسية التالية:

· GOST 12.1.005-88. SSBT. هواء منطقة العمل. الاشتراطات الصحية والصحية العامة.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. وسائل الحماية من الأشعة تحت الحمراء. تصنيف. المتطلبات الفنية العامة.

· GOST 12.4.123-83 "نظام معايير سلامة العمل. وسائل الحماية الجماعية ضد الأشعة تحت الحمراء. المتطلبات الفنية العامة ".

يتم استدعاء كمية الحرارة التي تمر عبر سطح معين لكل وحدة زمنية تدفق الحرارة س، دبليو.

يتم استدعاء مقدار الحرارة لكل وحدة مساحة لكل وحدة زمنية كثافة تدفق الحرارةأو تدفق حراري محدد ويميز شدة انتقال الحرارة.

كثافة تدفق الحرارة ف، يتم توجيهه على طول السطح الطبيعي إلى السطح متساوي الحرارة في الاتجاه المعاكس لتدرج درجة الحرارة ، أي في اتجاه انخفاض درجة الحرارة.

إذا كان التوزيع معروفًا فعلى السطح Fثم الكمية الإجمالية للحرارة سτ مرت من خلال هذا السطح خلال الوقت τ ، يمكن العثور عليها وفقًا للمعادلة:

وتدفق الحرارة:

إذا كانت القيمة فثابت فوق السطح المدروس ، ثم:

قانون فورييه

هذا قانون يحدد مقدار تدفق الحرارة عند نقل الحرارة من خلال التوصيل الحراري. قال العالم الفرنسي ج. ب. فورييهفي عام 1807 أثبت أن كثافة تدفق الحرارة عبر سطح متساوي الحرارة تتناسب مع تدرج درجة الحرارة:

تشير علامة الطرح (9.6) إلى أن تدفق الحرارة يتم توجيهه في الاتجاه المعاكس لتدرج درجة الحرارة (انظر الشكل 9.1).

كثافة تدفق الحرارة في اتجاه عشوائي ليمثل الإسقاط على هذا الاتجاه لتدفق الحرارة في اتجاه الوضع الطبيعي:

معامل التوصيل الحراري

معامل في الرياضيات او درجة λ ، W / (m · K) ، في معادلة قانون فورييه تساوي عدديًا كثافة تدفق الحرارة عندما تنخفض درجة الحرارة بمقدار واحد كلفن (درجة) لكل وحدة طول. معامل التوصيل الحراري مواد مختلفةيعتمد عليهم الخصائص الفيزيائية. بالنسبة لجسم معين ، تعتمد قيمة معامل التوصيل الحراري على بنية الجسم ، ووزنه الحجمي ، والرطوبة ، التركيب الكيميائيالضغط ودرجة الحرارة. في الحسابات الفنية ، القيمة λ مأخوذ من الجداول المرجعية ، ومن الضروري التأكد من أن الشروط التي وردت فيها قيمة معامل التوصيل الحراري في الجدول تتوافق مع شروط المشكلة المحسوبة.

يعتمد معامل التوصيل الحراري بشكل خاص على درجة الحرارة. بالنسبة لمعظم المواد ، كما تظهر التجربة ، يمكن التعبير عن هذا الاعتماد بصيغة خطية:

أين λ o - معامل التوصيل الحراري عند 0 درجة مئوية ؛

β - معامل درجة الحرارة.

معامل التوصيل الحراري للغازات، وبشكل خاص الأبخرة التي تعتمد بشدة على الضغط. تختلف القيمة العددية لمعامل التوصيل الحراري للمواد المختلفة على مدى واسع جدًا - من 425 واط / (م · ك) للفضة ، إلى قيم بترتيب 0.01 وات / (م · ك) للغازات. يفسر ذلك حقيقة أن آلية نقل الحرارة عن طريق التوصيل الحراري في وسائط فيزيائية مختلفة مختلفة.

المعادن لها أعلى قيمة للتوصيل الحراري. تنخفض الموصلية الحرارية للمعادن مع زيادة درجة الحرارة وتنخفض بشكل حاد في وجود الشوائب وعناصر السبائك. لذا ، فإن الموصلية الحرارية للنحاس النقي هي 390 واط / (م · ك) ، والنحاس مع آثار الزرنيخ 140 وات / (م · ك). تبلغ الموصلية الحرارية للحديد النقي 70 وات / (م · ك) ، والفولاذ مع 0.5٪ كربون - 50 وات / (م · ك) ، وسبائك الصلب مع 18٪ كروم و 9٪ نيكل - فقط 16 وات / (م · ك).

يظهر اعتماد التوصيل الحراري لبعض المعادن على درجة الحرارة في الشكل. 9.2.

تتميز الغازات بموصلية حرارية منخفضة (بحدود 0.01 ... 1 واط / (م كلفن)) ، والتي تزداد بشدة مع زيادة درجة الحرارة.

تتدهور الموصلية الحرارية للسوائل مع زيادة درجة الحرارة. الاستثناء هو الماء و الجلسرين. بشكل عام ، الموصلية الحرارية للسوائل المتساقطة (الماء ، الزيت ، الجلسرين) أعلى من تلك الخاصة بالغازات ، ولكنها أقل من تلك الخاصة بالغازات. المواد الصلبةوتقع في النطاق من 0.1 إلى 0.7 واط / (م كلفن).

أرز. 9.2. تأثير درجة الحرارة على التوصيل الحراري للمعادن

I. قياس كثافة التدفقات الحرارية التي تمر عبر غلاف المبنى. GOST 25380-82.

التدفق الحراري - مقدار الحرارة المنقولة عبر سطح متساوي الحرارة لكل وحدة زمنية. يتم قياس تدفق الحرارة بالواط أو كيلو كالوري / ساعة (1 واط \ u003d 0.86 كيلو كالوري / ساعة). يسمى التدفق الحراري لكل وحدة من السطح المتساوي الحرارة بكثافة تدفق الحرارة أو الحمل الحراري ؛ يشار إليها عادة بـ q ، تقاس بـ W / m2 أو kcal / (m2 × h). كثافة تدفق الحرارة عبارة عن متجه ، أي مكون منه يساوي عدديًا كمية الحرارة المنقولة لكل وحدة زمنية عبر مساحة وحدة متعامدة على اتجاه المكون المأخوذ.

تؤسس هذه المواصفة القياسية طريقة موحدة لتحديد كثافة التدفقات الحرارية التي تمر عبر مظاريف المباني أحادية الطبقة ومتعددة الطبقات للمباني والهياكل السكنية والعامة والصناعية والزراعية أثناء دراسة تجريبية وتحت ظروف تشغيلها.

يتم قياس كثافة تدفق الحرارة على مقياس جهاز متخصص ، والذي يتضمن محول تدفق الحرارة ، أو يتم حسابه من نتائج قياس emf. على محولات تدفق الحرارة التي تمت معايرتها مسبقًا.

يظهر مخطط قياس كثافة التدفق الحراري في الرسم.

1 - أرفق الهيكل ؛ 2 - محول تدفق الحرارة ؛ 3 - مقياس emf ؛

التلفزيون ، tn - درجة حرارة الهواء الداخلي والخارجي ؛

τн، τв، τ "в - درجة حرارة الأسطح الخارجية والداخلية للهيكل المحيط بالقرب من المحول وتحته ، على التوالي ؛

R1 ، R2 - المقاومة الحرارية لغلاف المبنى ومحول تدفق الحرارة ؛

q1 ، q2 هي كثافة تدفق الحرارة قبل وبعد تثبيت محول الطاقة

ثانيًا. الأشعة تحت الحمراء. مصادر. حماية.

الحماية من الأشعة تحت الحمراء في مكان العمل.

λmax = 2.9-103 / T [m] (1)

حيث T هي درجة الحرارة المطلقة للجسم المشع ، K.

تنقسم الأشعة تحت الحمراء إلى ثلاثة مجالات:

الموجة القصيرة (X = 0.7 - 1.4 ميكرون) ؛

موجة متوسطة (k \ u003d 1.4 - 3.0 ميكرون):

الطول الموجي الطويل (k = 3.0 ميكرومتر - 1.0 مم).

للموجات الكهربائية في نطاق الأشعة تحت الحمراء تأثير حراري بشكل أساسي على جسم الإنسان. في هذه الحالة ، من الضروري مراعاة: الشدة وطول الموجة بأقصى طاقة ؛ مساحة السطح المشعة مدة التعرض لكل يوم عمل ومدة التعرض المستمر ؛ كثافة العمل البدني والتنقل الجوي في مكان العمل ؛ جودة وزرة الخصائص الفردية للعامل.

أشعة نطاق الموجة القصيرة بطول موجة λ ≤ 1.4 ميكرومتر لها القدرة على اختراق الأنسجة جسم الانسانببضعة سنتيمترات. يخترق هذا النوع من الأشعة تحت الحمراء بسهولة الجلد والجمجمة إلى أنسجة المخ ويمكن أن يؤثر على خلايا الدماغ ، مما يسبب تلفًا شديدًا في الدماغ ، وأعراضه هي القيء والدوخة واتساع الأوعية الدموية للجلد وانخفاض ضغط الدم وضعف الدورة الدموية والتنفس ، والتشنجات ، وفقدان الوعي في بعض الأحيان. عند التعرض للإشعاع بأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة ، لوحظ أيضًا زيادة في درجة حرارة الرئتين والكلى والعضلات والأعضاء الأخرى. تظهر مواد نشطة بيولوجيًا محددة في الدم ، والليمفاوية ، والسائل الدماغي النخاعي ، وتلاحظ اضطرابات التمثيل الغذائي ، والتغيرات الحالة الوظيفيةالجهاز العصبي المركزي.

يتم الاحتفاظ بأشعة نطاق الموجة المتوسطة بطول موجة λ = 1.4 - 3.0 ميكرون في الطبقات السطحية للجلد على عمق 0.1 - 0.2 مم. لذلك ، يتجلى تأثيرها الفسيولوجي على الجسم بشكل رئيسي في زيادة درجة حرارة الجلد وتسخين الجسم.

يحدث التسخين الأكثر كثافة لسطح جلد الإنسان مع إشعاع الأشعة تحت الحمراء مع λ> 3 ميكرومتر. تحت تأثيره نشاط القلب والأوعية الدموية و أنظمة التنفس، وكذلك توازن حرارة الجسم ، مما قد يؤدي إلى ضربة الشمس.

يتم تنظيم شدة الإشعاع الحراري بناءً على الإحساس الذاتي بالطاقة الإشعاعية من قبل الشخص. وفقًا لـ GOST 12.1.005-88 ، يجب ألا تتجاوز شدة التعرض الحراري للعمال من الأسطح الساخنة لمعدات المعالجة وتركيبات الإضاءة: 35 وات / م 2 مع التعرض لأكثر من 50 ٪ من سطح الجسم ؛ 70 واط / م 2 عند تعريض 25 إلى 50٪ من سطح الجسم ؛ 100 وات / م 2 عند تشعيع ما لا يزيد عن 25٪ من سطح الجسم. من المصادر المفتوحة (المعدن والزجاج المسخن ، اللهب المكشوف) ، يجب ألا تتجاوز شدة التعرض الحراري 140 واط / م 2 مع تعرض ما لا يزيد عن 25٪ من سطح الجسم والاستخدام الإلزامي لمعدات الحماية الشخصية ، بما في ذلك حماية الوجه و عين.

تحدد المعايير أيضًا درجة حرارة الأسطح الساخنة للمعدات في منطقة العمل ، والتي يجب ألا تتجاوز 45 درجة مئوية.

يجب ألا تتجاوز درجة حرارة سطح الجهاز ، التي تكون درجة الحرارة داخلها قريبة من 100 درجة مئوية ، 35 درجة مئوية.

q = 0.78 x S x (T4 x 10-8-110) / r2 [W / m2] (2)

تشمل الأنواع الرئيسية للحماية من الأشعة تحت الحمراء ما يلي:

1. حماية الوقت.

2. حماية المسافة.

3. التدريع والعزل الحراري أو تبريد الأسطح الساخنة ؛

4. زيادة نقل الحرارة لجسم الإنسان.

5. معدات الحماية الشخصية.

6. القضاء على مصدر الحرارة.

توفر الحماية الزمنية للحد من الوقت الذي يقضيه الإشعاع العامل في منطقة الإشعاع. يعتمد الوقت الآمن لإقامة الشخص في منطقة عمل الأشعة تحت الحمراء على شدته (كثافة التدفق) ويتم تحديده وفقًا للجدول 1.

الجدول 1

وقت الإقامة الآمنة للأشخاص في منطقة الأشعة تحت الحمراء

يتم تحديد المسافة الآمنة بواسطة الصيغة (2) اعتمادًا على مدة الإقامة في منطقة العمل والكثافة المسموح بها للإشعاع بالأشعة تحت الحمراء.

يمكن تقليل قوة الأشعة تحت الحمراء من خلال التصميم والحلول التكنولوجية (استبدال طريقة وطريقة تسخين المنتجات ، وما إلى ذلك) ، وكذلك عن طريق طلاء أسطح التسخين بمواد عازلة للحرارة.

هناك ثلاثة أنواع من الشاشات:

مبهمة؛

· شفاف؛

شفاف.

في الشاشات غير الشفافة ، تتحول طاقة التذبذبات الكهرومغناطيسية ، التي تتفاعل مع مادة الشاشة ، إلى حرارة. في هذه الحالة ، يتم تسخين الشاشة وتصبح ، مثل أي جسم ساخن ، مصدرًا للإشعاع الحراري. يعتبر إشعاع سطح الشاشة المقابل للمصدر إشعاعًا مشروطًا من المصدر. تشمل الشاشات غير الشفافة: المعدن ، والألفا (من رقائق الألومنيوم) ، والمسامية (الخرسانة الرغوية ، والزجاج الرغوي ، والطين الموسع ، والخفاف) ، والأسبستوس وغيرها.

في الشاشات الشفافة ينتشر الإشعاع بداخلها وفقًا لقوانين البصريات الهندسية ، مما يضمن الرؤية من خلال الشاشة. هذه الشاشات مصنوعة من أنواع مختلفة من الزجاج ، كما تُستخدم الستائر المائية المصنوعة من الأفلام (الحرة والتي تتدفق إلى أسفل الزجاج).

تجمع الشاشات الشفافة بين خصائص الشاشات الشفافة وغير الشفافة. وتشمل هذه الشبكات المعدنية ، والستائر المتسلسلة ، والشاشات الزجاجية المقواة بشبكة معدنية.

· عاكسة للحرارة.

· امتصاص الحرارة.

مشتت للحرارة.

هذا التقسيم تعسفي إلى حد ما ، لأن كل شاشة لديها القدرة على عكس الحرارة وامتصاصها وإزالتها. يتم تحديد تخصيص الشاشة لمجموعة أو أخرى من خلال أي من قدراتها يكون أكثر وضوحًا.

تتميز الشاشات العاكسة للحرارة بدرجة منخفضة من سواد السطح ، ونتيجة لذلك تعكس جزءًا كبيرًا من الطاقة المشعة التي تسقط عليها في الاتجاه المعاكس. تستخدم ألفول ، صفائح الألمنيوم ، الفولاذ المجلفن كمواد عاكسة للحرارة.

تسمى الشاشات الماصة للحرارة الشاشات المصنوعة من مواد ذات مقاومة حرارية عالية (الموصلية الحرارية المنخفضة). يتم استخدام الطوب الحراري والعازل للحرارة والأسبستوس وصوف الخبث كمواد ممتصة للحرارة.

كشاشات لإزالة الحرارة ، يتم استخدام الستائر المائية على نطاق واسع ، حيث تتساقط بحرية على شكل فيلم ، أو تروى سطح غربال آخر (على سبيل المثال ، معدن) ، أو محاطة بغلاف خاص مصنوع من الزجاج أو المعدن.

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

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

q3 هي كثافة تدفق الأشعة تحت الحمراء باستخدام الحماية ، W / m2 ؛

ر هي درجة حرارة الأشعة تحت الحمراء دون استخدام الحماية ، درجة مئوية ؛

t3 هي درجة حرارة الأشعة تحت الحمراء باستخدام الحماية ° درجة مئوية.

يسمح تدفق الهواء الموجه مباشرة إلى العامل بزيادة إزالة الحرارة من جسده بيئة. يعتمد اختيار معدل تدفق الهواء على شدة العمل المنجز وشدة الأشعة تحت الحمراء ، ولكن يجب ألا يتجاوز 5 م / ث ، لأنه في هذه الحالة يعاني العامل من أحاسيس غير سارة (على سبيل المثال ، طنين الأذن). تزداد فعالية الاستحمام بالهواء مع التبريد الموجه إلى مكان العملبالهواء أو بخلط الماء الناعم معه (رشاش الماء والهواء).

كمعدات حماية شخصية ، يتم استخدام ملابس العمل المصنوعة من الأقمشة القطنية والصوفية والأقمشة ذات الطلاء المعدني (التي تعكس ما يصل إلى 90٪ من الأشعة تحت الحمراء). تم تصميم نظارات واقية مع نظارات خاصة لحماية العين - مرشحات الضوء من اللون الأصفر والأخضر أو الأزرق.

تنص التدابير العلاجية والوقائية على تنظيم نظام عقلاني للعمل والراحة. يتم تحديد مدة فترات الراحة في العمل وتواترها من خلال شدة الأشعة تحت الحمراء وشدة العمل. إلى جانب الفحوصات الدورية ، يتم إجراء الفحوصات الطبية للوقاية من الأمراض المهنية.

ثالثا. الأدوات المستخدمة.

منطقة التطبيق:

تستخدم أجهزة سلسلة IPP-2 على نطاق واسع في البناء والمؤسسات العلمية وفي مختلف مرافق الطاقة وفي العديد من الصناعات الأخرى.

يتم قياس كثافة التدفق الحراري ، كمؤشر لخصائص العزل الحراري للمواد المختلفة ، باستخدام أجهزة سلسلة IPP-2 على:

اختبار الهياكل المرفقة ؛

تحديد فقد الحرارة في شبكات تسخين المياه ؛

القيام بأعمال معملية في الجامعات (أقسام "سلامة الحياة" ، "البيئة الصناعية" ، إلخ).

يحتوي الاستاند على مصدر إشعاع حراري على شكل عاكس منزلي يركب أمامه واقي حراري مصنوع من مواد مختلفة (قماش ، صفيحة معدنية ، مجموعة سلاسل ، إلخ). خلف الشاشة على مسافات مختلفة منها داخل نموذج الغرفة ، يتم وضع جهاز IPP-2 ، الذي يقيس كثافة تدفق الحرارة. يتم وضع شفاط العادم مع مروحة فوق طراز الغرفة. جهاز قياسيحتوي IPP-2 على مستشعر إضافي يسمح لك بقياس درجة حرارة الهواء داخل الغرفة. وبالتالي ، فإن الحامل BZhZ 3 يجعل من الممكن قياس فعالية أنواع مختلفة من الحماية الحرارية ونظام التهوية المحلي.

يتيح الحامل قياس شدة الإشعاع الحراري اعتمادًا على المسافة إلى المصدر ، لتحديد فعالية الخصائص الوقائية للشاشات المصنوعة من مواد مختلفة.

رابعا. مبدأ تشغيل وتصميم جهاز IPP-2.

من الناحية الهيكلية ، يتم تصنيع وحدة القياس للجهاز في علبة بلاستيكية.

في وضع التشغيل ، يقوم الجهاز بإجراء قياس دوري للمعلمة المحددة. يتم إجراء انتقال بين أوضاع قياس كثافة تدفق الحرارة ودرجة الحرارة ، بالإضافة إلى الإشارة إلى شحن البطارية بنسب مئوية 0٪ ... 100٪. عند التبديل بين الأوضاع ، يتم عرض النقش المقابل للوضع المحدد على المؤشر. يمكن للجهاز أيضًا إجراء تسجيل تلقائي دوري للقيم المقاسة في الذاكرة غير المتطايرة بالرجوع إلى الوقت. يتم تمكين / تعطيل تسجيل الإحصائيات ، وضبط معلمات التسجيل ، وقراءة البيانات المتراكمة باستخدام البرنامج المقدم حسب الطلب.

الخصائص:

إمكانية تحديد عتبات الإنذارات الصوتية والضوئية. العتبات هي الحدود العليا أو الدنيا للتغيير المسموح به في القيمة المقابلة. في حالة انتهاك قيمة الحد الأعلى أو الأدنى ، يكتشف الجهاز هذا الحدث ويضيء مؤشر LED على المؤشر. إذا تم تكوين الجهاز بشكل مناسب ، فإن انتهاك الحدود يكون مصحوبًا بإشارة صوتية.

· نقل القيم المقاسة إلى الكمبيوتر على واجهة RS 232.

تعديلات المجسات لقياس كثافة التدفق الحراري:

تم تصميم مجسات تدفق الحرارة لقياس كثافة تدفق الحرارة السطحية وفقًا لـ GOST 25380-92.

ظهور مجسات تدفق الحرارة

- PTP-2.0P: من 10 إلى 2000 واط / م 2 ؛

- PTP-9.9P: من 10 إلى 9999 وات / م 2.

2. مسبار تدفق الحرارة على شكل "عملة معدنية" على كابل مرن PTP-2.0.

نطاق قياس كثافة التدفق الحراري: من 10 إلى 2000 واط / م 2.

تعديلات مسبار درجة الحرارة:

ظهور مجسات درجة الحرارة

نطاق قياس درجة الحرارة:

- لغرفة التجارة والصناعة- A-D-L: من -50 إلى +150 درجة مئوية ؛

- لـ А-А-D-L: من -40 إلى +450 درجة مئوية.

أبعاد:

- D (القطر): 4 أو 6 أو 8 مم ؛

- الطول: من 200 حتى 1000 مم.

2. تم تصميم المزدوجة الحرارية А-А-D1 / D2-LП على أساس المزدوج الحراري XA (المزدوج الحراري الكهربائي) لقياس درجة حرارة سطح مستو.

أبعاد:

- D1 (قطر "الدبوس المعدني"): 3 مم ؛

- D2 (قطر القاعدة - "رقعة"): 8 مم ؛

- L (طول "الدبوس المعدني"): 150 مم.

نطاق قياس درجة الحرارة: من -40 إلى +450 درجة مئوية.

أبعاد:

- D (القطر) - 4 مم ؛

- L (طول "الدبوس المعدني"): 180 مم ؛

- عرض الشريط - 6 مم.

تتضمن مجموعة توصيل الجهاز لقياس كثافة الحمل الحراري للوسيط ما يلي:

2. مسبار لقياس كثافة تدفق الحرارة. *

3. مسبار درجة الحرارة.

4. البرمجيات. **

5. كابل للاتصال بجهاز كمبيوتر شخصي. **

6. شهادة معايرة.

7. دليل التشغيل وجواز السفر لجهاز IPP-2.

8. جواز السفر للمحولات الكهروحرارية (مجسات درجة الحرارة).

9. جواز السفر لمسبار كثافة تدفق الحرارة.

10. محول الشبكة.

* - يتم تحديد نطاقات القياس وتصميم المجس في مرحلة الترتيب

** - يتم تسليم الوظائف بأمر خاص.

خامسا - تجهيز الجهاز للتشغيل وأخذ القياسات.

تجهيز الجهاز للعمل.

أخرج الجهاز من العبوة. إذا تم إحضار الجهاز إلى غرفة دافئة من غرفة باردة ، فمن الضروري ترك الجهاز يسخن حتى درجة حرارة الغرفة لمدة ساعتين. اشحن البطارية بالكامل في غضون أربع ساعات. ضع المسبار في المكان الذي سيتم فيه إجراء القياسات. قم بتوصيل المسبار بالجهاز. إذا كان سيتم تشغيل الجهاز مع كمبيوتر شخصي ، فمن الضروري توصيل الجهاز بمنفذ COM مجاني للكمبيوتر باستخدام كابل توصيل. قم بتوصيل محول الشبكة بالجهاز وتثبيت البرنامج وفقًا للوصف. قم بتشغيل الجهاز بالضغط لفترة وجيزة على الزر. إذا لزم الأمر ، اضبط الجهاز وفقًا للفقرة 2.4.6. كتيبات التشغيل. عند العمل بجهاز كمبيوتر شخصي ، اضبط عنوان الشبكة وسعر الصرف للجهاز وفقًا للفقرة 2.4.8. كتيبات التشغيل. ابدأ القياس.

يوجد أدناه رسم تخطيطي للتبديل في وضع "العمل".

إعداد وإجراء القياسات أثناء الاختبار الحراري لمغلفات المبنى.

1. يتم قياس كثافة التدفق الحراري ، كقاعدة عامة ، من داخل الهياكل المحيطة للمباني والهياكل.

5. أثناء القياسات التشغيلية لكثافة تدفق الحرارة ، يتم لصق السطح الفضفاض لمحول الطاقة بطبقة من المواد أو يتم طلاؤه بطلاء بنفس درجة الانبعاثية أو ما شابهها مع اختلاف 0.1 مثل مادة الطبقة السطحية لـ الهيكل المرفق.

تحضير وأخذ القياسات

(أثناء العمل المخبري على مثال العمل المخبري "البحث عن وسائل الحماية من الأشعة تحت الحمراء").

قم بتثبيت رأس مقياس كثافة التدفق الحراري على مسافة 100 مم من مصدر إشعاع الأشعة تحت الحمراء وحدد كثافة تدفق الحرارة (متوسط القيمة من ثلاثة إلى أربعة قياسات).

قم بإنشاء رسم بياني لاعتماد كثافة تدفق الأشعة تحت الحمراء على المسافة.

كرر القياسات حسب الفقرات. 1 - 3 مع بيانات مختلفة للقياسات لإدخالها في شكل الجدول 1. قم بإنشاء رسوم بيانية لاعتماد كثافة تدفق الأشعة تحت الحمراء على المسافة لكل شاشة.

شكل الجدول 1

قم بتقييم فعالية الإجراء الوقائي للشاشات وفقًا للصيغة (3).

تحديد فعالية الحماية عن طريق قياس درجة الحرارة لشاشة معينة مع وبدون تهوية العادم باستخدام الصيغة (4).

إنشاء رسوم بيانية لفعالية حماية تهوية العادم وبدونها.

ثبت خرطوم المكنسة الكهربائية على أحد الرفوف وقم بتشغيل المكنسة الكهربائية في وضع "المنفاخ" ، لتوجيه تدفق الهواء بشكل عمودي تقريبًا على تدفق الحرارة (باتجاه طفيف) - تقليد ستارة هوائية. باستخدام مقياس IPP-2 ، قم بقياس درجة حرارة الأشعة تحت الحمراء بدون وبواسطة "المنفاخ".

بناء الرسوم البيانية لكفاءة حماية "المنفاخ" حسب الصيغة (4).

السادس. نتائج القياس وتفسيرها

طاولة. موقد كهربائي EXP-1،0 / 220. رف لوضع الشاشات القابلة للتبديل. رف لتركيب رأس القياس. مقياس كثافة التدفق الحراري IPP-2M. مسطرة. مكنسة كهربائية تايفون 1200.

يتم تحديد شدة (كثافة التدفق) للإشعاع تحت الحمراء q بالصيغة:

q = 0.78 x S x (T4 x 10-8-110) / r2 [W / m2]

حيث S هي مساحة السطح المشع ، m2 ؛

T هي درجة حرارة السطح المشع ، K ؛

ص هي المسافة من مصدر الإشعاع ، م.

أحد أكثر أنواع الحماية شيوعًا من الأشعة تحت الحمراء هو حماية الأسطح المنبعثة.

هناك ثلاثة أنواع من الشاشات:

مبهمة؛

· شفاف؛

شفاف.

وفقًا لمبدأ التشغيل ، يتم تقسيم الشاشات إلى:

· عاكسة للحرارة.

· امتصاص الحرارة.

مشتت للحرارة.

الجدول 1

يتم تحديد فعالية الحماية من الإشعاع الحراري بمساعدة الشاشات E من خلال الصيغ:

E \ u003d (q - q3) / q

حيث q هي كثافة تدفق إشعاع الأشعة تحت الحمراء بدون حماية ، W / m2 ؛

q3 هي كثافة تدفق إشعاع الأشعة تحت الحمراء باستخدام الحماية ، W / m2.

أنواع الشاشات الواقية (معتمة):

1. شاشة بريد سلسلة مختلطة.

البريد الإلكتروني = (1550-560) / 1550 = 0.63

2. شاشة معدنية بسطح أسود.

غطاء E al + = (1550 - 210) / 1550 = 0.86

3. شاشة ألومنيوم عاكسة للحرارة.

E al \ u003d (1550-10) / 1550 = 0.99

دعنا نرسم اعتماد كثافة تدفق الأشعة تحت الحمراء على المسافة لكل شاشة.

لا حماية

كما نرى ، تختلف فعالية إجراءات الحماية للشاشات:

1. الحد الأدنى من التأثير الوقائي لشاشة مختلطة - سلسلة بريد - 0.63 ؛

2. شاشة ألومنيوم بسطح أسود - 0.86 ؛

3. شاشة الألمنيوم العاكسة للحرارة لديها أكبر تأثير وقائي - 0.99.

· GOST 25380-82. طريقة لقياس كثافة التدفقات الحرارية التي تمر عبر مظاريف المبنى.

· GOST 12.1.005-88. SSBT. هواء منطقة العمل. الاشتراطات الصحية والصحية العامة.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. وسائل الحماية من الأشعة تحت الحمراء. تصنيف. المتطلبات الفنية العامة.

· GOST 12.4.123-83 "نظام معايير سلامة العمل. وسائل الحماية الجماعية ضد الأشعة تحت الحمراء. المتطلبات الفنية العامة ".