FLUX DE CALDURA

FLUX DE CALDURA

Cantitatea de căldură transferată prin izotermă in unitati timp. Dimensiunea lui T. p. coincide cu dimensiunea puterii. T. p. se măsoară în wați sau kcal / h (1 kcal / h \u003d 1,163 W). T. p., referitor la unități. izotermic suprafete, numite densitate T. p., batai. etc. sau încărcare termică; de obicei notat cu q, măsurat în W / m2 sau kcal / (m2 h). Densitatea T. p. este un vector, a cărui componentă este numeric egală cu cantitatea de căldură transferată în unități. timp în unități zonă perpendiculară pe direcția luată.

Dicţionar enciclopedic fizic. - M.: Enciclopedia Sovietică. . 1983 .

FLUX DE CALDURA

Un vector îndreptat în direcția opusă gradientului de temperatură și egal în abs. cantitatea de căldură care trece prin izotermă. suprafata pe unitatea de timp. Se măsoară în wați sau kcal / h (1 kcal / h \u003d 1,163 W). T. p., raportat la unitatea izotermă. suprafete, numite densitatea T. p. sau batai. T. p., în tehnologie - sarcină termică. Unitățile bate. T. p. servesc ca W / m 2 și kcal / (m 2 h).

Enciclopedie fizică. În 5 volume. - M.: Enciclopedia Sovietică. Redactor-șef A. M. Prokhorov. 1988 .

Vedeți ce înseamnă „FLUX DE CĂLDURĂ” în alte dicționare:

flux de caldura- Fluxul de căldură - cantitatea de căldură care trece prin eșantion pe unitatea de timp. [GOST 7076 99] Fluxul de căldură - fluxul de energie termică transferat în procesul de schimb de căldură. [Dicționar terminologic pentru beton și beton armat. FSUE… … Enciclopedie de termeni, definiții și explicații ale materialelor de construcție

Cantitatea de căldură care trece pe unitatea de timp printr-o suprafață izotermă arbitrară... Dicţionar enciclopedic mare

- (a. flux de căldură, flux de căldură, debit de căldură; n. Warmefluβ, Warmestromung; f. courant calorifique, flux de chaleur; i. corriente termico, torrente calorico, flujo termico) cantitate de căldură transferată prin izotermă. suprafata pe unitate ...... Enciclopedia Geologică

Cantitatea de căldură transferată prin orice suprafață în procesul de transfer de căldură. Se caracterizează prin densitatea lui T. p., care este raportul dintre cantitatea de căldură transferată prin suprafață și intervalul de timp pentru care aceasta ... ... Enciclopedia tehnologiei

flux de caldura- — [Ya.N. Luginsky, M.S. Fezi Zhilinskaya, Yu.S. Kabirov. Dicționar englez rus de inginerie electrică și inginerie energetică, Moscova, 1999] Subiecte în inginerie electrică, concepte de bază EN curent termic flux termic flux termic flux termic ... Manualul Traducătorului Tehnic

Fluxul termic Q- W este cantitatea de căldură care trece prin anvelopa clădirii pe unitatea de timp.

1. Perete omogen. Se consideră o grosime omogenă a peretelui (Fig. 1-7), conductivitatea termică, care este constantă. Pe suprafețele exterioare ale peretelui se mențin temperaturi constante. Temperatura se schimbă numai în direcția axei x. În acest caz, câmpul de temperatură este unidimensional, suprafețele izoterme sunt plate și sunt situate perpendicular pe axa x.

La o distanță x, selectăm un strat de grosime în interiorul peretelui delimitat de două suprafețe izoterme. Pe baza legii lui Fourier [ecuația (1-1)] pentru acest caz, putem scrie:

Densitate flux de caldura q în condiții termice staționare este constantă în fiecare secțiune, prin urmare

Constanta de integrare C este determinată din condițiile la limită, și anume, pentru a la . Înlocuind aceste valori în ecuația (b), avem:

Din ecuația (c) se determină valoarea necunoscută a densității fluxului de căldură q și anume:

În consecință, cantitatea de căldură transferată printr-o unitate a suprafeței peretelui pe unitatea de timp este direct proporțională cu coeficientul de conductivitate termică și diferența de temperatură a suprafețelor exterioare și invers proporțională cu grosimea peretelui.

Ecuația (1-2) este formula de calcul pentru conductivitatea termică a unui perete plat. Leagă patru cantități: și . Cunoscând oricare trei dintre ele, îl puteți găsi pe al patrulea:

Raportul se numește conductivitate termică a peretelui, iar reciproca se numește rezistență termică. Acesta din urmă determină scăderea temperaturii în perete pe unitate de densitate a fluxului de căldură.

Dacă înlocuim valorile găsite ale lui C și densitatea fluxului de căldură q în ecuația (b), atunci obținem ecuația curbei temperaturii

Acesta din urmă arată că la o valoare constantă a coeficientului de conductivitate termică, temperatura unui perete omogen se modifică după o lege liniară. În realitate, datorită dependenței sale de temperatură, coeficientul de conductivitate termică este o variabilă. Dacă se ține cont de această împrejurare, atunci obținem alte formule de calcul mai complexe.

Pentru marea majoritate a materialelor, dependența coeficientului de conductivitate termică de temperatură are un caracter liniar al formei. În acest caz, pe baza legii Fourier pentru un perete plat, avem:

Împărțind variabilele și integrând, obținem:

Substituind în ecuația (e) valorile la limită ale variabilelor, avem la

Scăzând ecuația (g) din ecuația (h), obținem:

Orez. 1-7. Perete plat omogen.

Noua formulă de calcul (1-4) este ceva mai complicată decât formula (1-2). Acolo am luat conductibilitatea termică constantă și egală cu o valoare medie.

Echivalând reciproc părțile corecte ale acestor formule, avem:

Prin urmare, dacă este determinată de media aritmetică a valorilor limită ale temperaturilor peretelui, atunci formulele (1-2) și (1-4) sunt echivalente.

Ținând cont de dependența coeficientului de conductivitate termică de temperatură, ecuația pentru curba temperaturii în perete se obține prin rezolvarea ecuației (e) față de t și înlocuirea valorii C din (g), și anume:

Prin urmare, în acest caz, temperatura peretelui nu se schimbă liniar, ci de-a lungul unei curbe. Mai mult, dacă coeficientul b este pozitiv, convexitatea curbei este îndreptată în sus, iar dacă este negativă - în jos (vezi Fig. 1-10).

2. Perete multistrat.

Pereții formați din mai multe straturi eterogene sunt numiți multistrat.

Acestea sunt, de exemplu, pereții clădirilor rezidențiale, în care pe stratul principal de cărămidă există o tencuială interioară pe o parte și o placare exterioară pe cealaltă. Căptușeala cuptoarelor, cazanelor și altor dispozitive termice, de asemenea, constă de obicei din mai multe straturi.

Orez. 1-8. Perete plat multistrat.

Fie ca peretele să fie format din trei straturi eterogene, dar strâns adiacente (Fig. 1-8). Grosimea primului strat al celui de-al doilea și al treilea. În consecință, coeficienții de conductivitate termică a straturilor. În plus, sunt cunoscute temperaturile suprafețelor exterioare ale peretelui. Se presupune că contactul termic dintre suprafețe este ideal; notăm temperatura în punctele de contact cu .

În regim staționar, densitatea fluxului de căldură este constantă și aceeași pentru toate straturile. Prin urmare, pe baza ecuației (1-2), putem scrie:

Din aceste ecuații, este ușor de determinat diferențele de temperatură din fiecare strat:

Suma diferențelor de temperatură din fiecare strat este diferența totală de temperatură. Adunând părțile din stânga și din dreapta ale sistemului de ecuații (m), obținem:

Din relația (n) determinăm valoarea densității fluxului de căldură:

Prin analogie cu cele de mai sus, puteți scrie imediat formula de calcul pentru peretele stratului:

Deoarece fiecare termen al numitorului din formula (1-6) reprezintă rezistența termică a stratului, din ecuația (1-7) rezultă că rezistența termică totală a peretelui multistrat este egală cu suma rezistențelor termice parțiale. .

Orez. 1-9. Metodă grafică pentru determinarea temperaturilor intermediare.

Dacă valoarea densității fluxului de căldură din ecuația (1-6) este înlocuită în ecuația (m), atunci obținem valorile temperaturilor necunoscute:

În interiorul fiecărui strat, temperatura se modifică în linie dreaptă, dar pentru un perete multistrat în ansamblu, este o linie întreruptă (Fig. 1-8). Valorile temperaturilor necunoscute ale unui perete multistrat pot fi determinate și grafic (Fig. 1-9). La trasarea de-a lungul axei x pe orice scară, dar în ordinea straturilor, sunt trasate valorile rezistențelor termice ale acestora, iar perpendicularele sunt restaurate. La extrema acestora, de asemenea, la o scară arbitrară, dar la aceeași scară, sunt reprezentate valorile temperaturilor exterioare.

Punctele rezultate A și C sunt legate printr-o dreaptă. Punctele de intersecție ale acestei linii cu perpendicularele medii dau valorile temperaturilor dorite. Cu o astfel de construcție. Prin urmare,

Înlocuind valorile segmentelor, obținem:

În mod similar, dovedim că

Uneori, de dragul reducerii calculelor, un perete multistrat este calculat ca o grosime cu un singur strat (uniformă). În acest caz, se introduce în calcul așa-numita conductivitate termică echivalentă, care se determină din relația

Prin urmare avem:

Astfel, conductivitatea termică echivalentă depinde doar de valorile rezistențelor termice și de grosimea straturilor individuale.

Când am obținut formula de calcul pentru un perete multistrat, am presupus că straturile se alătură strâns unele cu altele și, datorită contactului termic ideal, suprafețele de contact ale diferitelor straturi au aceeași temperatură. Cu toate acestea, dacă suprafețele sunt rugoase, contactul strâns este imposibil și se formează goluri de aer între straturi. Deoarece conductivitatea termică a aerului este mică, prezența golurilor chiar și foarte subțiri poate afecta foarte mult reducerea conductibilității termice echivalente a unui perete multistrat. Un efect similar este exercitat de stratul de oxid metalic. Prin urmare, atunci când se calculează și mai ales când se măsoară conductivitatea termică a unui perete multistrat, trebuie acordată atenție densității contactului dintre straturi.

Exemplul 1-1. Determinați pierderea de căldură printr-un zid de cărămidă de 5 m lungime, 3 m înălțime și 250 mm grosime dacă se mențin temperaturile pe suprafețele pereților. Coeficientul de conductivitate termică a cărămizii A = 0,6 W / (m ° C).

Conform ecuației (1-2)

Exemplul 1-2. Determinați valoarea coeficientului de conductivitate termică a materialului peretelui dacă, cu o grosime de mm și o diferență de temperatură, densitatea fluxului de căldură este .

I. Măsurarea densităţii fluxurilor de căldură care trec prin anvelopa clădirii. GOST 25380-82.

Fluxul de căldură - cantitatea de căldură transferată printr-o suprafață izotermă pe unitatea de timp. Debitul de căldură este măsurat în wați sau kcal / h (1 W \u003d 0,86 kcal / h). Fluxul de căldură per unitate de suprafață izotermă se numește densitatea fluxului de căldură sau sarcina termică; de obicei notat cu q, măsurat în W / m2 sau kcal / (m2 × h). Densitatea fluxului de căldură este un vector, a cărui componentă este numeric egală cu cantitatea de căldură transferată pe unitatea de timp printr-o unitate de suprafață perpendiculară pe direcția componentei luate.

Măsurătorile densității fluxurilor de căldură care trec prin anvelopa clădirii sunt efectuate în conformitate cu GOST 25380-82 "Clădiri și structuri. Metodă de măsurare a densității fluxurilor de căldură care trec prin anvelopa clădirii".

Acest standard stabilește o metodă unificată pentru determinarea densității fluxurilor de căldură care trec prin anvelopele clădirilor cu un singur strat și multistrat ale clădirilor și structurilor rezidențiale, publice, industriale și agricole în timpul unui studiu experimental și în condițiile de funcționare ale acestora.

Densitatea fluxului de căldură este măsurată pe scara unui dispozitiv specializat, care include un convertor de flux de căldură, sau este calculată din rezultatele măsurării fem. pe traductoare de flux de căldură precalibrate.

Schema de măsurare a densității fluxului de căldură este prezentată în desen.

1 - structura de inchidere; 2 - convertor debit de căldură; 3 - contor EMF;

tv, tn - temperatura aerului interior și exterior;

τн, τв, τ"в — temperatura suprafețelor exterioare, interioare ale structurii de închidere, lângă și respectiv sub convertizor;

R1, R2 - rezistența termică a anvelopei clădirii și convertor de flux termic;

q1, q2 sunt densitatea fluxului de căldură înainte și după fixarea traductorului

II. Radiatii infrarosii. Surse. Protecţie.

Protecție împotriva radiațiilor infraroșii la locul de muncă.

Sursa de radiație infraroșie (IR) este orice corp încălzit, a cărui temperatură determină intensitatea și spectrul energiei electromagnetice emise. Lungimea de undă cu energia maximă a radiației termice este determinată de formula:

λmax = 2,9-103 / T [µm] (1)

unde T este temperatura absolută a corpului radiant, K.

Radiația infraroșie este împărțită în trei zone:

unde scurte (X = 0,7 - 1,4 microni);

undă medie (k \u003d 1,4 - 3,0 microni):

lungime de undă lungă (k = 3,0 μm - 1,0 mm).

Undele electrice din domeniul infraroșu au în principal un efect termic asupra corpului uman. În acest caz, este necesar să se țină cont de: intensitatea și lungimea de undă cu energie maximă; suprafata radiata; durata expunerii pe zi de lucru și durata expunerii continue; intensitatea muncii fizice și mobilitatea aerului la locul de muncă; calitatea salopetelor; caracteristicile individuale ale lucrătorului.

Razele din domeniul de unde scurte cu o lungime de undă de λ ≤ 1,4 μm au capacitatea de a pătrunde în țesutul corpului uman cu câțiva centimetri. O astfel de radiație IR pătrunde cu ușurință prin piele și craniu în țesutul cerebral și poate afecta celulele creierului, provocând leziuni grave ale creierului, ale căror simptome sunt vărsături, amețeli, dilatarea vaselor de sânge ale pielii, scăderea tensiunii arteriale și circulația sanguină afectată. și respirație, convulsii, uneori pierderea conștienței. Când este iradiat cu raze infraroșii cu unde scurte, se observă și o creștere a temperaturii plămânilor, rinichilor, mușchilor și altor organe. În sânge, limfă, lichid cefalorahidian apar substanțe specifice biologic active, există o încălcare procesele metabolice, starea funcțională a sistemului nervos central se modifică.

Razele din domeniul undelor medii cu o lungime de undă de λ = 1,4 - 3,0 microni sunt reținute în straturile de suprafață ale pielii la o adâncime de 0,1 - 0,2 mm. Prin urmare, efectul lor fiziologic asupra organismului se manifestă în principal printr-o creștere a temperaturii pielii și încălzire a corpului.

Cea mai intensă încălzire a suprafeței pielii umane are loc cu radiația IR cu λ > 3 µm. Sub influența sa, activitatea sistemului cardiovascular și respirator, precum și echilibrul termic al organismului, este perturbată, ceea ce poate duce la insolație.

Intensitatea radiației termice este reglată pe baza senzației subiective a energiei radiației de către o persoană. Conform GOST 12.1.005-88, intensitatea expunerii termice a lucrătorilor de pe suprafețele încălzite ale echipamentelor de proces și corpurilor de iluminat nu trebuie să depășească: 35 W/m2 cu expunere la mai mult de 50% din suprafața corpului; 70 W/m2 atunci când este expus la 25 până la 50% din suprafața corpului; 100 W/m2 la iradierea a nu mai mult de 25% din suprafața corpului. Din surse deschise (metal și sticlă încălzite, flacără deschisă), intensitatea expunerii termice nu trebuie să depășească 140 W/m2 cu expunere de cel mult 25% din suprafața corpului și utilizarea obligatorie a echipamentului individual de protecție, inclusiv protecție a feței și ochi.

Standardele limitează și temperatura suprafețelor încălzite ale echipamentului din zona de lucru, care nu trebuie să depășească 45 °C.

Temperatura de suprafață a echipamentului, în interiorul căreia temperatura este aproape de 100 0C, nu trebuie să depășească 35 0C.

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

Principalele tipuri de protecție împotriva radiațiilor infraroșii includ:

1. protectia timpului;

2. protectie la distanta;

3. ecranarea, izolarea termică sau răcirea suprafețelor fierbinți;

4. creșterea transferului de căldură al corpului uman;

5. echipament individual de protectie;

6. eliminarea sursei de căldură.

Protecția timpului prevede limitarea timpului petrecut de radiațiile care operează în zona de radiație. Timpul sigur al șederii unei persoane în zona de acțiune a radiației IR depinde de intensitatea acesteia (densitatea fluxului) și este determinat conform tabelului 1.

tabelul 1

Timpul de ședere în siguranță a persoanelor în zona de radiații IR

Distanța de siguranță este determinată de formula (2) în funcție de durata șederii în zona de lucru și de densitatea admisă a radiației IR.

Puterea radiației IR poate fi redusă prin proiectare și soluții tehnologice (înlocuirea modului și metodei de încălzire a produselor etc.), precum și prin acoperirea suprafețelor de încălzire cu materiale termoizolante.

Există trei tipuri de ecrane:

opac;

· transparentă;

translucid.

În ecrane opace, energie oscilații electromagnetice, interacționând cu substanța ecranului, se transformă în termică. În acest caz, ecranul se încălzește și, ca orice corp încălzit, devine o sursă de radiație termică. Radiația suprafeței ecranului opusă sursei este considerată condiționat drept radiație transmisă a sursei. Ecranele opace includ: metal, alfa (din folie de aluminiu), poroase (beton spumă, sticlă spumă, argilă expandată, piatră ponce), azbest și altele.

În ecranele transparente, radiațiile se propagă în interiorul lor conform legilor opticii geometrice, ceea ce asigură vizibilitatea prin ecran. Aceste paravane sunt realizate din diferite tipuri de sticlă, se folosesc și perdele de apă de peliculă (libere și care curg în jos pe sticlă).

Ecranele translucide combină proprietățile ecranelor transparente și netransparente. Acestea includ plase metalice, perdele cu lanț, ecrane de sticlă întărite cu plasă metalică.

· caldura reflectorizante;

· absorbantă de căldură;

disipatoare de căldură.

Această împărțire este destul de arbitrară, deoarece fiecare ecran are capacitatea de a reflecta, absorbi și elimina căldura. Alocarea ecranului unuia sau altuia este determinată de care dintre abilitățile sale este mai pronunțată.

Ecranele care reflectă căldura au un grad scăzut de întuneric al suprafeței, drept urmare reflectă o parte semnificativă a energiei radiante incidente asupra lor în direcția opusă. Alfol, tabla de aluminiu, oțel galvanizat sunt folosite ca materiale termoreflectorizante.

Ecranele care absorb căldura se numesc ecrane realizate din materiale cu rezistență termică ridicată (conductivitate termică scăzută). Cărămizile refractare și termoizolante, azbestul și vata de zgură sunt folosite ca materiale care absorb căldura.

Ca ecrane de îndepărtare a căldurii, perdelele de apă sunt cele mai utilizate pe scară largă, căzând liber sub formă de peliculă sau irigand o altă suprafață de ecranare (de exemplu, metal) sau închise într-o carcasă specială din sticlă sau metal.

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

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

q3 este densitatea de flux a radiației IR cu utilizarea protecției, W/m2;

t este temperatura radiației IR fără utilizarea protecției, °С;

t3 este temperatura radiației IR cu utilizarea protecției, °С.

Fluxul de aer îndreptat direct către muncitor permite creșterea eliminării căldurii din corpul acestuia în mediu inconjurator. Alegerea debitului de aer depinde de severitatea muncii efectuate și de intensitatea radiației infraroșii, dar nu trebuie să depășească 5 m / s, deoarece în acest caz lucrătorul experimentează senzații neplăcute (de exemplu, tinitus). Eficacitatea dușurilor cu aer crește atunci când aerul trimis la locul de muncă este răcit sau când se amestecă în el apă pulverizată fin (duș apă-aer).

Ca echipament de protecție individuală, se folosesc salopete din bumbac și țesături de lână, țesături cu un strat metalic (reflectând până la 90% din radiația IR). Ochelarii de protecție, scuturile cu ochelari speciali sunt concepute pentru a proteja ochii - filtre de lumină de culoare galben-verde sau albastru.

Măsurile terapeutice și preventive prevăd organizarea unui regim rațional de muncă și odihnă. Durata pauzelor de lucru și frecvența acestora sunt determinate de intensitatea radiației IR și de severitatea muncii. Odată cu controalele periodice, se efectuează examinări medicale pentru prevenirea bolilor profesionale.

III. Instrumentele folosite.

Pentru a măsura densitatea fluxurilor de căldură care trec prin anvelopa clădirii și pentru a verifica proprietățile scuturilor termice, specialiștii noștri au dezvoltat dispozitive din serie.

Zona de aplicare:

Dispozitivele din seria IPP-2 sunt utilizate pe scară largă în construcții, organizații științifice, la diferite instalații energetice și în multe alte industrii.

Măsurarea densității fluxului de căldură, ca indicator al proprietăților de izolare termică a diferitelor materiale, se realizează folosind dispozitive din seria IPP-2 la:

Testarea structurilor de inchidere;

Determinarea pierderilor de căldură în rețelele de încălzire a apei;

Efectuarea lucrărilor de laborator în universități (departamentele „Siguranța vieții”, „Ecologie industrială” etc.).

Figura prezintă un stand prototip „Determinarea parametrilor aerului în zona de lucru și protecția împotriva efectelor termice” BZhZ 3 (fabricat de Intos + LLC).

Standul conține o sursă de radiație termică sub forma unui reflector de uz casnic, în fața căruia este instalat un scut termic din diverse materiale (țesătură, tablă metalică, un set de lanțuri etc.). În spatele ecranului, la diferite distanțe față de acesta, în interiorul modelului camerei, este plasat dispozitivul IPP-2, care măsoară densitatea fluxului de căldură. O hotă de evacuare cu ventilator este plasată deasupra modelului de cameră. Aparat de măsură IPP-2 are un senzor suplimentar care vă permite să măsurați temperatura aerului din interiorul încăperii. Astfel, standul BZhZ 3 face posibilă cuantificarea eficienței diferitelor tipuri de protecție termică și a unui sistem local de ventilație.

Standul face posibilă măsurarea intensității radiației termice în funcție de distanța până la sursă, pentru a determina eficiența proprietăților de protecție ale ecranelor din diverse materiale.

IV. Principiul de funcționare și proiectare a dispozitivului IPP-2.

Din punct de vedere structural, unitatea de măsură a dispozitivului este realizată într-o carcasă din plastic.

Principiul de funcționare al dispozitivului se bazează pe măsurarea diferenței de temperatură pe „peretele auxiliar”. Mărimea diferenței de temperatură este proporțională cu densitatea fluxului de căldură. Diferența de temperatură este măsurată folosind un termocuplu de bandă situat în interiorul plăcii sondei, care acționează ca un „perete auxiliar”.

În modul de funcționare, dispozitivul efectuează o măsurare ciclică a parametrului selectat. Se face o tranziție între modurile de măsurare a densității fluxului de căldură și a temperaturii, precum și indicarea încărcării bateriei în procente de 0% ... 100%. Când comutați între moduri, pe indicator este afișată inscripția corespunzătoare a modului selectat. De asemenea, dispozitivul poate efectua înregistrarea automată periodică a valorilor măsurate în memoria nevolatilă cu referire la timp. Activarea/dezactivarea înregistrării statisticilor, setarea parametrilor de înregistrare, citirea datelor acumulate se realizează cu ajutorul software-ului furnizat la comandă.

Particularitati:

• Posibilitatea de a seta praguri pentru alarme sonore și luminoase. Pragurile sunt limitele superioare sau inferioare ale modificării admisibile a valorii corespunzătoare. Dacă valoarea pragului superioară sau inferioară este încălcată, dispozitivul detectează acest eveniment și LED-ul se aprinde pe indicator. Dacă dispozitivul este configurat corespunzător, încălcarea pragurilor este însoțită de un semnal sonor.

· Transferul valorilor măsurate pe computer pe interfața RS 232.

Avantajul dispozitivului este capacitatea de a conecta alternativ până la 8 sonde diferite de flux de căldură la dispozitiv. Fiecare sondă (senzor) are propriul factor de calibrare individual (factor de conversie Kq), care arată cât de mult se modifică tensiunea de la senzor în raport cu fluxul de căldură. Acest coeficient este utilizat de instrument pentru a construi caracteristica de calibrare a sondei, care determină valoarea curentă măsurată a fluxului de căldură.

Modificări ale sondelor pentru măsurarea densității fluxului de căldură:

Sondele de flux de căldură sunt proiectate pentru a măsura densitatea fluxului de căldură la suprafață conform GOST 25380-92.

Apariția sondelor de flux de căldură

1. Sonda de flux termic de tip presat PTP-ХХХП cu arc este disponibilă în următoarele modificări (în funcție de intervalul de măsurare a densității fluxului de căldură):

— PTP-2.0P: de la 10 la 2000 W/m2;

— PTP-9.9P: de la 10 la 9999 W/m2.

2. Sondă de flux de căldură sub formă de „monedă” pe un cablu flexibil PTP-2.0.

Interval de măsurare a densității fluxului de căldură: de la 10 la 2000 W/m2.

Modificări ale sondei de temperatură:

Apariția sondelor de temperatură

1. Termocuplurile de imersie TPP-A-D-L pe bază de termistor Pt1000 (termocupluri de rezistență) și termocuplurile ТХА-А-D-L pe baza de termocupluri XА (termocupluri electrice) sunt concepute pentru a măsura temperatura diferitelor medii lichide și gazoase, precum și materiale în vrac.

Domeniul de măsurare a temperaturii:

- pentru Camera de Comerț și Industrie-A-D-L: de la -50 la +150 °С;

- pentru ТХА-А-D-L: de la -40 la +450 °С.

dimensiuni:

- D (diametru): 4, 6 sau 8 mm;

- L (lungime): de la 200 la 1000 mm.

2. Termocuplul ТХА-А-D1/D2-LП bazat pe termocuplul XА (termocuplul electric) este conceput pentru a măsura temperatura unei suprafețe plane.

dimensiuni:

- D1 (diametrul „știftului de metal”): 3 mm;

- D2 (diametru baza - "petic"): 8 mm;

- L (lungimea „știftului de metal”): 150 mm.

3. Termocuplul ТХА-А-D-LC bazat pe termocuplul ХА (termocuplul electric) este conceput pentru a măsura temperatura suprafețelor cilindrice.

Interval de măsurare a temperaturii: de la -40 la +450 °С.

dimensiuni:

- D (diametru) - 4 mm;

- L (lungimea „știftului de metal”): 180 mm;

- latime banda - 6 mm.

Setul de livrare al dispozitivului pentru măsurarea densității sarcinii termice a mediului include:

2. Sondă pentru măsurarea densității fluxului de căldură.*

3. Sondă de temperatură.*

4. Software.*

5. Cablu pentru conectarea la un computer personal. **

6. Certificat de calibrare.

7. Manual de utilizare și pașaport pentru dispozitivul IPP-2.

8. Pașaport pentru convertoare termoelectrice (sonde de temperatură).

9. Pașaport pentru sonda de densitate a fluxului de căldură.

10. Adaptor de rețea.

* - Domeniile de măsurare și designul sondei sunt determinate în faza de comandă

** - Posturile sunt livrate prin comanda speciala.

V. Pregatirea aparatului pentru functionare si efectuarea masuratorilor.

Pregătirea dispozitivului pentru lucru.

Scoateți dispozitivul din ambalaj. Dacă dispozitivul este adus într-o cameră caldă dintr-o cameră rece, este necesar să lăsați dispozitivul să se încălzească la temperatura camerei timp de 2 ore. Încărcați complet bateria în patru ore. Așezați sonda în locul unde vor fi efectuate măsurătorile. Conectați sonda la instrument. Dacă dispozitivul urmează să fie operat în combinație cu un computer personal, este necesar să conectați dispozitivul la un port COM liber al computerului folosind un cablu de conectare. Conectați adaptorul de rețea la dispozitiv și instalați software-ul conform descrierii. Porniți dispozitivul apăsând scurt butonul. Dacă este necesar, reglați dispozitivul în conformitate cu punctul 2.4.6. Manuale de operare. Când lucrați cu un computer personal, setați adresa de rețea și cursul de schimb al dispozitivului în conformitate cu punctul 2.4.8. Manuale de operare. Începeți să măsurați.

Mai jos este o diagramă a comutării în modul „Work”.

Pregătirea și efectuarea măsurătorilor în timpul testării termice a anvelopelor clădirii.

1. Măsurarea densității fluxului de căldură se efectuează, de regulă, din interiorul structurilor de închidere ale clădirilor și structurilor.

Este permisă măsurarea densității fluxurilor de căldură din exteriorul structurilor de împrejmuire dacă este imposibilă măsurarea acestora din interior (mediu agresiv, fluctuații ale parametrilor aerului), cu condiția menținerii unei temperaturi stabile la suprafață. Controlul condițiilor de transfer de căldură se realizează folosind o sondă de temperatură și mijloace de măsurare a densității fluxului de căldură: atunci când se măsoară timp de 10 minute. citirile lor trebuie să se încadreze în eroarea de măsurare a instrumentelor.

2. Suprafețele sunt alese specifice sau caracteristice pentru întregul anvelopă al clădirii testate, în funcție de necesitatea măsurării densității fluxului termic local sau mediu.

Secțiunile selectate pe structura de închidere pentru măsurători trebuie să aibă un strat de suprafață din același material, aceeași prelucrare și stare de suprafață, să aibă aceleași condiții pentru transferul radiant de căldură și să nu fie în imediata apropiere a elementelor care pot schimba direcția și valoarea a fluxurilor de căldură.

3. Se curăță suprafețele structurilor de închidere, pe care este instalat convertizorul de flux de căldură, până la eliminarea rugozității vizibile și tangibile la atingere.

4. Traductorul este presat strâns pe întreaga sa suprafață de structura de închidere și fixat în această poziție, asigurând contactul constant al traductorului de flux de căldură cu suprafața zonelor studiate în timpul tuturor măsurătorilor ulterioare.

La montarea traductorului între acesta și structura de închidere, nu este permisă formarea de goluri de aer. Pentru a le exclude, pe suprafața locurilor de măsurare se aplică un strat subțire de vaselină tehnică, acoperind neregularitățile suprafeței.

Traductorul poate fi fixat de-a lungul suprafeței sale laterale cu o soluție de gips de construcție, vaselină tehnică, plastilină, o tijă cu un arc și alte mijloace care exclud denaturarea fluxului de căldură în zona de măsurare.

5. În timpul măsurătorilor operaționale ale densității fluxului de căldură, suprafața liberă a traductorului este lipită cu un strat de material sau vopsită cu vopsea cu același grad de emisivitate sau similar cu o diferență de 0,1 ca materialul stratului de suprafață de structura de închidere.

6. Aparatul de citire este amplasat la o distanță de 5-8 m de locul de măsurare sau într-o încăpere adiacentă pentru a exclude influența observatorului asupra valorii fluxului de căldură.

7. Atunci când se folosesc dispozitive de măsurare a fem, care au restricții la temperatura ambiantă, acestea sunt plasate într-o încăpere cu o temperatură a aerului acceptabilă pentru funcționarea acestor dispozitive, iar convertorul de flux de căldură este conectat la acestea folosind fire de prelungire.

8. Echipamentul conform revendicării 7 este pregătit pentru funcționare în conformitate cu instrucțiunile de utilizare pentru dispozitivul corespunzător, inclusiv luând în considerare timpul de expunere necesar al dispozitivului pentru a stabili un nou regim de temperatură în acesta.

Pregătirea și efectuarea măsurătorilor

(în timpul lucrărilor de laborator pe exemplul lucrării de laborator „Cercetarea mijloacelor de protecție împotriva radiațiilor infraroșii”).

Conectați sursa IR la priză. Porniți sursa de radiație IR (partea superioară) și contorul de densitate a fluxului de căldură IPP-2.

Instalați capul contorului de densitate a fluxului de căldură la o distanță de 100 mm de sursa de radiație IR și determinați densitatea fluxului de căldură (valoare medie de trei până la patru măsurători).

Deplasați manual trepiedul de-a lungul riglei, setând capul de măsurare la distanțele față de sursa de radiații indicate în forma tabelului 1 și repetați măsurătorile. Introduceți datele de măsurare sub forma tabelului 1.

Construiți un grafic al dependenței densității fluxului IR de distanță.

Repetați măsurătorile conform paragrafelor. 1 — 3 cu diferite Date de măsurători de introdus sub forma tabelului 1. Construiți grafice ale dependenței densității de flux a radiației IR de distanța pentru fiecare ecran.

Formularul de tabel 1

Evaluați eficacitatea acțiunii de protecție a ecranelor conform formulei (3).

Instalați un ecran de protecție (conform instrucțiunilor profesorului), așezați pe el o perie largă a aspiratorului. Porniți aspiratorul în modul de admisie a aerului, simulând un dispozitiv de ventilație de evacuare, iar după 2-3 minute (după ce se stabilește regimul termic al ecranului), determinați intensitatea radiației termice la aceleași distanțe ca la paragraful 3. Evaluați eficacitatea protecției termice combinate folosind formula (3).

Dependența intensității radiației termice de distanța pentru un ecran dat în modul de ventilație prin evacuare ar trebui să fie reprezentată pe graficul general (a se vedea punctul 5).

Determinați eficacitatea protecției prin măsurarea temperaturii pentru un ecran dat cu și fără ventilație prin evacuare folosind formula (4).

Construiți grafice ale eficienței protecției ventilației de evacuare și fără aceasta.

Comutați aspiratorul în modul suflante și porniți-l. Prin direcționarea fluxului de aer către suprafața unui ecran de protecție dat (modul de duș), repetați măsurătorile în conformitate cu paragrafele. 7 - 10. Comparați rezultatele măsurătorilor din paragrafe. 7-10.

Fixați furtunul aspiratorului pe unul dintre suporturi și porniți aspiratorul în modul „suflante”, direcționând fluxul de aer aproape perpendicular pe fluxul de căldură (ușor spre) - o imitație a unei perdele de aer. Folosind contorul IPP-2, măsurați temperatura radiației infraroșii fără și cu „suflante”.

Construiți grafice ale eficienței protecției „suflantei” conform formulei (4).

VI. Rezultatele măsurătorilor și interpretarea acestora

(pe exemplul lucrărilor de laborator pe tema „Cercetarea mijloacelor de protecție împotriva radiațiilor infraroșii” într-una dintre universități tehnice Moscova).

Masa. Electrosemineu EXP-1,0/220. Raft pentru amplasarea ecranelor interschimbabile. Raft pentru instalarea unui cap de măsurare. Contor de densitate de flux termic IPP-2M. Rigla. Aspirator Typhoon-1200.

Intensitatea (densitatea fluxului) radiației IR q este determinată de formula:

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

unde S este aria suprafeței radiante, m2;

T este temperatura suprafeței radiante, K;

r este distanța de la sursa de radiație, m.

Unul dintre cele mai comune tipuri de protecție împotriva radiațiilor IR este ecranarea suprafețelor emitente.

Există trei tipuri de ecrane:

opac;

· transparentă;

translucid.

Conform principiului de funcționare, ecranele sunt împărțite în:

· caldura reflectorizante;

· absorbantă de căldură;

disipatoare de căldură.

tabelul 1

Eficacitatea protecției împotriva radiațiilor termice cu ajutorul ecranelor E este determinată de formulele:

E \u003d (q - q3) / q

unde q este densitatea fluxului de radiație IR fără protecție, W/m2;

q3 este densitatea fluxului de radiație IR cu utilizarea protecției, W/m2.

Tipuri de ecrane de protecție (opace):

1. Ecran mixt - lanț de poștă.

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

2. Ecran metalic cu suprafața înnegrită.

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

3. Ecran din aluminiu care reflectă căldura.

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

Să diagramăm dependența densității fluxului IR de distanța pentru fiecare ecran.

Fără protecție

După cum putem vedea, eficiența acțiunii de protecție a ecranelor variază:

1. Efectul minim de protecție al unui paravan mixt - cotă de cotă - 0,63;

2. Ecran din aluminiu cu suprafata innegrita - 0,86;

3. Ecranul din aluminiu care reflectă căldura are cel mai mare efect de protecție - 0,99.

La evaluarea performanței termice a anvelopelor și structurilor clădirilor și stabilirea consumului real de căldură prin anvelopele exterioare ale clădirii, se folosesc următoarele documente normative principale:

· GOST 25380-82. O metodă de măsurare a densității fluxurilor de căldură care trec prin anvelopele clădirii.

La evaluarea performanței termice a diferitelor mijloace de protecție împotriva radiațiilor infraroșii, se folosesc următoarele documente de reglementare principale:

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Aerul din zona de lucru. Cerințe generale sanitare și igienice.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Mijloace de protecție împotriva radiațiilor infraroșii. Clasificare. Cerințe tehnice generale.

· GOST 12.4.123-83 „Sistemul standardelor de securitate a muncii. Mijloace de protecție colectivă împotriva radiațiilor infraroșii. Cerințe tehnice generale”.

ÎN 1 tipuri de transfer de căldură

Teoria transferului de căldură este știința proceselor de transfer de căldură. Transferul de căldură este un proces complex care poate fi împărțit într-un număr de procese simple. Există trei procese elementare de transfer de căldură care sunt fundamental diferite unele de altele - conductivitatea termică, convecția și radiația termică.

Conductivitate termică- se produce prin contactul direct (coliziunea) particulelor de materie (molecule, atomi, electroni liberi), insotita de un schimb de energie. Conductivitatea termică în gaze și lichide este neglijabilă. Procesele de conducere a căldurii în solide se desfășoară mult mai intens. Corpurile cu conductivitate termică scăzută sunt numite termoizolante.

Convecție- apare numai în lichide și gaze și reprezintă transferul de căldură ca urmare a mișcării și amestecării particulelor unui lichid sau gaz. Convecția este întotdeauna însoțită de conducerea căldurii.

Dacă mișcarea particulelor unui lichid sau gaz este determinată de diferența dintre densitățile lor (datorită diferenței de temperatură), atunci o astfel de mișcare se numește convecție naturală.

Dacă un lichid sau un gaz este mișcat de o pompă, ventilator, ejector și alte dispozitive, atunci o astfel de mișcare se numește convecție forțată. Schimbul de căldură are loc în acest caz mult mai intens decât în ​​timpul convecției naturale.

Radiație termala constă în transferul de căldură de la un corp la altul prin unde electromagnetice rezultate din perturbări moleculare și atomice complexe. Undele electromagnetice se propagă de la suprafața corpului în toate direcțiile. Întâlnind alte corpuri pe drum, energia radiantă poate fi parțial absorbită de acestea, transformându-se înapoi în căldură (creșterea temperaturii lor).

B2 Legea Fourier și conductibilitatea termică

Studiind procesele de propagare a căldurii în solide, Fourier a stabilit experimental că cantitatea de căldură transferată este proporțională cu scăderea temperaturii, timpului și aria secțiunii transversale perpendiculare pe direcția de propagare a căldurii.

Dacă cantitatea de căldură transferată este atribuită unei unități de secțiune și unei unități de timp, atunci putem scrie:

Ecuația (1.6) este o expresie matematică a legii de bază a conducerii căldurii - legea Fourier. Această lege stă la baza tuturor studiilor teoretice și experimentale ale proceselor de conducere a căldurii. Semnul minus indică faptul că vectorul fluxului de căldură este îndreptat în direcția opusă gradientului de temperatură.

Coeficient de conductivitate termică

Multiplicator de proporționalitate  în ecuația (1.6) este coeficientul de conductivitate termică. Caracterizează proprietățile fizice ale corpului și capacitatea acestuia de a conduce căldura:

(1.7)

Valoare  este cantitatea de căldură care trece pe unitatea de timp printr-o unitate de suprafață a unei suprafețe izoterme cu un gradient de temperatură egal cu unu.

Pentru diverse substanțe coeficientul de conductivitate termică este diferit și depinde de natura substanței, structura acesteia, umiditate, prezența impurităților, temperatură și alți factori. În calculele practice, coeficientul de conductivitate termică a materialelor de construcție ar trebui luat ca parte a SNiP II-3-79 ** „Inginerie termică în construcție”.

De exemplu:

pentru gaze -  = 0,0050,5 [W/mC]

pentru lichide -  = 0,080,7 [W/mC]

materiale de constructii si izolatori termici -  = 0,023,0 [W/mC]

pentru metale -  = 20400 [W/mC]

B3 Conductivitate termică

Conductivitatea termică este procesul de transfer de energie internă de la părți mai încălzite ale corpului (sau corpuri) către părți (sau corpuri) mai puțin încălzite, realizat prin mișcare aleatorie a particulelor corpului (atomi, molecule, electroni etc.). Un astfel de transfer de căldură poate avea loc în orice corp cu o distribuție neuniformă a temperaturii, dar mecanismul transferului de căldură va depinde de starea de agregare a substanței.

Conductivitatea termică este numită și o caracteristică cantitativă a capacității unui corp de a conduce căldura. În comparație dintre circuitele termice cu circuitele electrice, acesta este un analog al conductivității.

Capacitatea unei substanțe de a conduce căldura se caracterizează prin coeficient de conductivitate termică (conductivitate termică). Din punct de vedere numeric, această caracteristică este egală cu cantitatea de căldură care trece printr-o probă de material de 1 m grosime, 1 m 2 în suprafață, pe unitatea de timp (secundă) la un gradient de temperatură unitar.

Din punct de vedere istoric, s-a crezut că transferul de energie termică este asociat cu fluxul de calorii de la un corp la altul. Cu toate acestea, experimentele ulterioare, în special încălzirea țevilor de tun în timpul forajului, au infirmat realitatea existenței caloricului ca tip independent de materie. În consecință, în prezent se crede că fenomenul de conductivitate termică se datorează dorinței obiectelor de a ocupa o stare mai apropiată de echilibrul termodinamic, care se exprimă în egalizarea temperaturii lor.

În practică, este necesar să se țină cont și de conducerea căldurii datorită convecției moleculelor și pătrunderii radiațiilor. De exemplu, atunci când vidul este complet netermic, căldura poate fi transferată prin radiație (de exemplu, Soarele, instalații cu radiații infraroșii). Și un gaz sau un lichid poate schimba straturi încălzite sau răcite independent sau artificial (de exemplu, un uscător de păr, ventilatoare de încălzire). De asemenea, în mediile condensate este posibil să „săriți” fononii de la un corp solid la altul prin goluri submicronice, ceea ce contribuie la propagarea undelor sonore și a căldurii, chiar dacă golurile sunt un vid ideal.

B4 Transfer de căldură convectiv transferul de căldură convectiv poate avea loc numai în mediile în mișcare - picături de lichide și gaze. De obicei, un mediu mobil este numit în mod condiționat lichid, indiferent de starea de agregare a substanței.

flux de caldura Q , W, transferat în timpul transferului de căldură convectiv, este determinat de formula Newton-Richmann:

Q =  F ( t și - t ) , (2.1)

Unde:  - coeficientul de transfer termic, W/m 2 С;

F - suprafata de schimb termic, m 2;

t și și t sunt temperaturile lichidului și respectiv a suprafeței peretelui, С.

diferenta de temperatura ( t și - t ) numit uneori diferenta de temperatura.

Coeficientul de transfer de căldură caracterizează cantitatea de căldură care este transferată prin convecție printr-o unitate de suprafață pe unitate de timp la o diferență de temperatură de 1С și are dimensiunea [J/sm 2 С] sau [W/m 2 С].

sau cinematic (  =  /  ), coeficientul de dilatare volumetrică  ;

Vitezele fluidului w ;

Temperatura fluidului și a pereților t și și t ;

Forma și dimensiunile liniare ale peretelui spălat ( F , l 1 Valoarea coeficientului de transfer termic depinde de mulți factori, și anume:

Natura (modul) de mișcare a fluidului (laminar sau turbulent);

Natura mișcării (naturală sau forțată);

Proprietățile fizice ale unui mediu în mișcare - coeficientul de conductivitate termică  , densitate  , capacitate termică Cu , coeficient de vâscozitate dinamică (  ), l 2 ,...).

Astfel, în termeni generali, putem scrie:  = f (w,  ,Cu,  ,  ,  , t și , t ,F ,l 1 ,l 2 ,...). (2.2)

criteriul Nusselt. Setează raportul dintre intensitatea transferului de căldură prin convecție (  ) și conductivitatea termică (  ) la interfața solid-lichid: Nu =  l /  . (2.3)

criteriul Prandtl. Caracterizează mecanismele de transfer de căldură într-un lichid (depinde de proprietățile fizice ale lichidului): Relatii cu publicul =  / A =  c  /  . (2.4)

Valoare A =  / c  se numește difuzivitate termică.

criteriul Reynolds. Stabilește raportul forțelor inerțiale și vâscoase dintr-un fluid și caracterizează regimul hidrodinamic al mișcării fluidului. R=V*l/nu Re = wl /  .

La Re <2300 режим движения ламинарный, при Re >10 4 - turbulent, la 2300<Re <10 4 режим движения переходной от ламинарного к турбулентному.

criteriul Grashof. Caracterizează raportul forțelor de ridicare care rezultă din diferența dintre densitățile fluidului și forțele de vâscozitate. Diferența de densitate se datorează diferenței de temperatură a lichidului în volumul său: Gr = gl 3  t  /  2 .

În toate ecuațiile date mai sus, valoarea l – dimensiune caracteristică, m.

Ecuațiile care relaționează numerele de similaritate se numesc ecuații de criteriu și, în general, sunt scrise după cum urmează: Nu = f ( Re , Gr , Relatii cu publicul ) . (2.7)

Ecuația criteriu a transferului de căldură convectiv cu mișcare forțată a fluidului are forma: Nu = cRe m Gr n Relatii cu publicul p . (2.8)

Și cu mișcarea liberă a mediului: Nu = dgr k Relatii cu publicul r . (2.9)

În aceste ecuații, coeficienții de proporționalitate c și d , precum și exponenți conform criteriilor de similitudine m , n , p , k și r stabilite experimental.

B5 schimb de căldură radiantă

Purtătorii de energie radiantă sunt oscilații electromagnetice cu lungimi de undă diferite. Toate corpurile care au o altă temperatură decât zero absolut sunt capabile să emită unde electromagnetice. Radiația este rezultatul proceselor intra-atomice. Când lovește alte corpuri, energia radiației este parțial absorbită, parțial reflectată și parțial trece prin corp. Sunt indicate, respectiv, cotele de energie absorbite, reflectate și transmise din cantitatea de energie incidentă asupra corpului A , R și D .

Este evident că A +R +D =1.

În cazul în care un R =D =0, atunci se numește un astfel de corp absolut negru.

Dacă reflectivitatea corpului R \u003d 1 și reflexia respectă legile opticii geometrice (adică unghiul de incidență al fasciculului este egal cu unghiul de reflexie), atunci astfel de corpuri se numesc oglindită. Dacă energia reflectată este împrăștiată în toate direcțiile posibile, atunci se numesc astfel de corpuri absolut alb.

corpuri pentru care D =1 sunat absolut transparent(diatermic).

Legile radiațiilor termice

legea lui Planck stabilește dependența densității fluxului de suprafață a radiației monocromatice a unui corp negru E 0  de la lungimea de undă  si temperatura absoluta T .

legea Stefan-Boltzmann. Experimental (I. Stefan în 1879) și teoretic (L. Boltzmann în 1881) a constatat că densitatea de flux a radiației integrale intrinseci a unui corp absolut negru E 0 este direct proporțională cu temperatura absolută cu a patra putere, adică:

Unde  0 - constanta Stefan-Boltzmann, egala cu 5,6710 -8 W / m 2 K 4;

DIN 0 - emisivitatea unui corp absolut negru, egală cu 5,67 W/m 2 K 4.

Indicele „0” în toate ecuațiile de mai sus înseamnă că este luat în considerare un corp complet negru. Corpurile reale sunt întotdeauna gri. Atitudine  =C/C 0 numit gradul de întuneric al corpului, acesta variază în intervalul de la 0 la 1.

Așa cum este aplicată corpurilor gri, legea Stefan-Boltzmann ia forma: (2.11)

Valoarea întunericului  depinde în principal de natura corpului, temperatură și starea suprafeței acestuia (netedă sau aspră).

legea lui Lambert. Radiația maximă pe unitate de suprafață are loc în direcția normalului la aceasta. În cazul în care un Q n este cantitatea de energie emisă de-a lungul normalului la suprafață și Q  - în direcția de formare a unghiului  cu normalul, deci, conform legii lui Lambert: Q  = Q n  cos  . (2.12)

legea lui Kirchhoff. Raportul emisivității corpului E la absorbția sa DAR pentru toate corpurile la fel și egale cu emisivitatea unui corp negru E 0 la aceeasi temperatura: E/A=E 0 = f ( T ) .

B6 Transfer complex de căldură și transfer de căldură

Tipurile elementare considerate de transfer de căldură (conducție termică, convecție și radiație) în practică, de regulă, se desfășoară simultan. Convecția, de exemplu, este întotdeauna însoțită de conducerea căldurii; radiația este adesea însoțită de convecție. Combinația diferitelor tipuri de transfer de căldură poate fi foarte diversă, iar rolul lor în procesul general nu este același. Acest așa-zis transfer complex de căldură.

În calculele de inginerie termică cu transfer complex de căldură, este adesea folosit coeficientul total (total) de transfer de căldură  0 , care este suma coeficienților de transfer termic prin contact, ținând cont de acțiunea convecției, conductivitatea termică  la , și radiații  l , adică  0 = la + l .

În acest caz, formula de calcul pentru determinarea fluxului de căldură are forma:

Q =(  la + l )( t și - t Cu )=  0 ( t și - t Cu ) . (2.14)

Dar dacă peretele este spălat de un lichid care picătură, de exemplu, apă, atunci

 l =0 și  0 = la . (2.15)

Transfer de căldură

În ingineria termică, adesea fluxul de căldură de la un lichid (sau gaz) la altul este transferat prin perete. Se numește un astfel de proces de transfer total de căldură, în care transferul de căldură prin contact este o componentă necesară transfer de căldură.

Exemple de astfel de transfer de căldură complexe pot fi: schimbul de căldură între apă (sau abur) dintr-un încălzitor și aerul din interior; între aerul interior și aerul exterior.

B7 rezistența termică a structurilor cu un singur și multistrat

Luați în considerare acest tip de transfer de căldură complex

Transfer de căldură printr-un perete plat cu un singur strat.

Luați în considerare transferul de căldură printr-un perete plat cu un singur strat. Să presupunem că fluxul de căldură este direcționat de la stânga la dreapta, temperatura mediului încălzit t f1 , temperatura mediului rece t f2 . Temperatura suprafețelor pereților este necunoscută: le notăm ca t c1 și t c2 (Fig. 2.1).

Transferul de căldură din exemplul luat în considerare este un proces de transfer de căldură complex și constă din trei etape: transferul de căldură de la mediul încălzit (lichid sau gaz) la suprafața peretelui stâng, conducerea căldurii prin perete și transferul de căldură de la suprafața peretelui din dreapta. la mediul rece (lichid sau gaz). În acest caz, se presupune că densitățile fluxului de căldură la suprafață în cele trei etape indicate sunt aceleași dacă peretele este plat și modul de transfer de căldură este staționar.

Valoare k numit coeficient de transfer termicși reprezintă puterea fluxului de căldură care trece de la un mediu mai încălzit la o suprafață mai puțin încălzită prin 1 m2 la o diferență de temperatură între medii de 1K. Se numește inversul coeficientului de transfer de căldură rezistență termică la transferul de căldurăși notat R , m 2 K/W:

Această formulă arată că rezistența termică totală este egală cu suma rezistențelor parțiale.

B8 Calcul termic al structurilor limitate

Scopul calculului: selectarea unor astfel de proiecte de gard exterior care să îndeplinească cerințele SNP de protecție termică a clădirilor 23.02.2003

Determinați grosimea izolației

Cerințe de rezistență la transferul de căldură bazate pe condițiile de salubritate

Unde n - coeficient luat in functie de pozitia suprafetei exterioare a structurilor de inchidere in raport cu aerul exterior conform Tabelului. 3*, vezi și Tabelul 4 din acest manual;

t în - temperatura de proiectare a aerului interior, o C, adoptată în conformitate cu GOST 12.1.005-88 și standardele de proiectare pentru clădirile și structurile relevante (a se vedea, de asemenea, Anexa 2);

t n - temperatura de iarnă calculată a aerului exterior, o C, egală cu temperatura medie a celei mai reci perioade de cinci zile cu o securitate de 0,92 conform SNiP 23-01-99 (vezi Anexa 1);

Δ t n - diferenţa de temperatură normativă între temperatura aerului interior şi temperatura suprafeţei interioare a anvelopei clădirii, o C, luată conform tabelului. 2*, vezi si tabel. 3 din acest manual;

α în - coeficientul de transfer termic al suprafetei interioare a structurilor de inchidere, luat conform tabelului. 4*, vezi si tabel. 5.

Din conditii economie de energieR despre tr acceptat pentru toate celelalte tipuri de clădiri conform tabelului. 2 in functie de grade zile perioada de incalzire (GSOP), determinat de formula

GSOP = (t în - t din.per.) z din.per., (5a)

Unde t în- la fel ca în formula (5);

t din.per.- temperatura medie, o C, a perioadei de încălzire cu o temperatură medie zilnică a aerului sub sau egală cu 8 o C conform SNiP 23-01-99 (vezi și Anexa 1);

z din.per.- durata, zile, a perioadei de încălzire cu o temperatură medie zilnică a aerului sub Rezistența termică totală (redusă) a unui anvelopă de clădire cu un singur stratR o , m 2 o C / W, este egal cu suma tuturor rezistențelor individuale, adică.

Unde α în- coeficientul de transfer termic al suprafetei interioare a structurilor de inchidere, W/(m 2 o C), determinat conform tabelului. 4*, vezi și Tabelul. 5 din acest manual;

α n - coeficientul de transfer termic al suprafetei exterioare a structurilor de inchidere, W/(m 2 o C), determinat conform tabelului. 6*, vezi și Tabelul. 6 din acest manual;

R la- rezistenta termica a unei structuri monostrat, determinata prin formula (2).

Rezistenta termica (rezistenta la transferul de caldura) R , m 2 o C/V , - cea mai importantă proprietate termică a gardului. Se caracterizează prin diferența de temperatură dintre suprafețele interioare și exterioare ale gardului, prin 1 m 2 din care trece 1 watt de energie termică (1 kilocalorie pe oră).

Unde δ - grosimea gardului, m;

λ - coeficient de conductivitate termică, W/m o C.

Cu cât rezistența termică a anvelopei clădirii este mai mare, cu atât proprietățile sale de protecție termică sunt mai bune. Din formula (2) se poate observa că pentru a crește rezistența termică R este necesar fie mărirea grosimii gardului δ , sau reduce coeficientul de conductivitate termică λ , adică să folosească materiale mai eficiente. Acesta din urmă este mai benefic din motive economice.

B9 Conceptul de microclimat. Schimb de căldură per persoană și condiții de confort.normă necesară

Sub microclimatul camerei se referă la totalitatea regimurilor termice, de aer și de umiditate aflate în interconectarea lor. Principala cerință pentru microclimat este menținerea unor condiții favorabile pentru oamenii din cameră. Ca urmare a proceselor metabolice care au loc în corpul uman, energia este eliberată sub formă de căldură. Această căldură (pentru a menține o temperatură constantă a corpului uman) trebuie transferată mediului înconjurător. În condiții normale, mai mult de 90% din căldura generată este emisă în mediu (50% prin radiație, 25% prin convecție, 25% prin evaporare) și mai puțin de 10% din căldură se pierde ca urmare a metabolismului.

Intensitatea transferului de căldură uman depinde de microclimatul camerei, care se caracterizează prin:

Temperatura aerului din interior t în ;

Temperatura de radiație a camerei (temperatura medie a suprafețelor sale de închidere) t R ;

Viteza de mișcare (mobilitatea) aerului v ;

Umiditate relativă  în .

Combinațiile acestor parametri de microclimat, în care echilibrul termic este menținut în corpul uman și nu există tensiune în sistemul său de termoreglare, se numescconfortabil sauoptim .

Cel mai important este să mențineți condiții de temperatură favorabile în interior, în primul rând, deoarece mobilitatea și umiditatea relativă, de regulă, au fluctuații nesemnificative.

Pe lângă optime, există admisibilă combinații de parametri de microclimat în care o persoană poate simți un ușor disconfort.

Se numește partea din cameră în care o persoană își petrece cea mai mare parte a timpului de lucru deservite sau zonă de muncă. Condițiile termice din cameră depind în principal de i.e. din situația sa de temperatură, care este de obicei caracterizată conditii de confort.

Prima condiție de confort- definește o astfel de zonă de combinații t în și t R , în care o persoană, aflându-se în centrul zonei de lucru, nu experimentează nici supraîncălzire, nici hipotermie. Pentru o stare de spirit calmă t în = 21 ... 23, cu muncă ușoară - 19..21, cu muncă grea - 14 ... 16С.

Pentru perioada rece a anului, prima condiție este caracterizată de formula:

t R =1,57 t P -0,57 t în  1,5 Unde: t P =( t în + t R )/ 2.

A doua condiție de confort- determină temperaturile admise ale suprafețelor încălzite și răcite atunci când o persoană se află în imediata apropiere a acestora.

Pentru a evita supraîncălzirea inacceptabilă a radiațiilor sau hipotermia capului uman, suprafețele tavanului și pereților pot fi încălzite la o temperatură acceptabilă:

Sau răcit la o temperatură:, (3.3)

Unde:  - coeficient de iradiere de la suprafața unei zone elementare de pe capul unei persoane către o suprafață încălzită sau răcită.

Temperatura suprafeței unei podele reci în timpul iernii poate fi cu doar 2–2,5°C mai mică decât temperatura aerului din cameră datorită sensibilității ridicate a picioarelor umane la hipotermie, dar nu mai mare de 22–34°C, în funcție de scopul sediul.

Principalele cerințe de reglementare pentru microclimatul spațiilor sunt cuprinse în documentele de reglementare: SNiP 2.04.05-91 (modificat și completat), GOST 12.1.005-88.

La determinarea condițiilor meteorologice calculate în cameră, se ia în considerare capacitatea corpului uman de a se aclimatiza în diferite perioade ale anului, intensitatea muncii efectuate și natura generării de căldură în cameră. Parametrii de aer calculați sunt normalizați în funcție de perioada anului. Există trei perioade ale anului:

Frig (temperatura medie zilnică exterioară t n <+8С);

Tranzitorie (-"- t n \u003d 8С);

cald (-"- t n >8С);

Condiții meteorologice optime și permise (temperatura interioară a aerului t în ) în zona deservită a spațiilor rezidențiale, publice și administrative sunt date în tabelul 3.1.

Tabelul 3.1

Temperatura maximă admisă a aerului în zona de lucru este de 28°С (dacă temperatura aerului exterior calculată este mai mare de 25°С, este permisă până la 33°С).

Valorile optime ale umidității relative ale aerului sunt 40-60%.

Viteza optimă a aerului în cameră pentru perioada rece este de 0,2-0,3 m/s, pentru perioada caldă - 0,2-0,5 m/s.

B10 Inginerie sisteme de echipamente pentru construcții pentru crearea și menținerea microclimatului

Microclimatul necesar în incintă este creat de următoarele sisteme de echipamente inginerești ale clădirilor: încălzire, ventilație și aer condiționat.

Sisteme de incalzire servesc la crearea si mentinerea in incinta in perioada rece a anului a temperaturilor necesare ale aerului, reglementate de standardele relevante. Acestea. asigură condiţiile termice necesare incintei.

În strânsă legătură cu regimul termic al incintei se află regimul aerului, care este înțeles ca procesul de schimb de aer între incintă și aerul exterior.

Sisteme de ventilație sunt concepute pentru a elimina aerul poluat din spații și a le furniza aer curat. În acest caz, temperatura calculată a aerului interior nu ar trebui să se modifice. Sistemele de ventilație constau din dispozitive de încălzire, umidificare și dezumidificare a aerului de alimentare.

Sisteme de climatizare sunt mijloace mai avansate de a crea și de a oferi un microclimat îmbunătățit în cameră, de ex. parametrii aerului dați: temperatura, umiditatea și curățenia la viteza admisă de circulație a aerului în încăpere, indiferent de condițiile meteorologice externe și de emisiile nocive variabile în timp din încăperi. Sistemele de aer condiționat constau din dispozitive pentru tratarea termică și umiditatea aerului, curățarea acestuia de praf, contaminanți biologici și mirosuri, deplasarea și distribuirea aerului în încăpere, controlul automat al echipamentelor și aparatelor.

LA 11formula de bază pentru calcularea pierderilor de căldură hz ogr design

Q t \u003d F / R * (tv - tn) * (1 + b) * n, Unde

Qt este cantitatea de energie termică transferată din aerul interior către

aer exterior, W

F - aria structurii de închidere, m kV

R - rezistența totală la transferul de căldură a anvelopei clădirii, m 2 C / W

tv - tn - temperatura de proiectare, respectiv, a aerului interior și exterior, C o

b - pierderi suplimentare de căldură determinate conform Anexei 9 din SNiP 2.04.05-91*

n - coeficient luat in functie de pozitia suprafetei exterioare in raport cu aerul exterior

LA 12Măsurarea suprafețelor structurilor de închidere se efectuează conform:

Înălțimea pereților primului etaj în prezența unui etaj situat:

la parter - Între etajele etajelor I și II

pe bușteni - De la nivelul superior de pregătire al podelei de la primul etaj până la nivelul podelei de la etajul doi

în prezența unui subsol neîncălzit - De la nivelul suprafeței inferioare a structurii podelei de la primul etaj până la nivelul podelei de la etajul doi

Înălțimea pereților etajului intermediar:

între nivelurile de pardoseală ale acestuia și etajele de deasupra

Înălțimea peretelui etajului superior:

de la nivelul podelei până la vârful stratului izolator al podelei mansardei

Lungimea pereților exteriori de-a lungul perimetrului exterior al clădirii:

în camerele de colț - de la linia de intersecție a suprafețelor exterioare ale pereților până la axele pereților interiori

în încăperi fără colț – între axele pereților interiori

Lungimea și lățimea tavanelor și podelelor deasupra subsolului și subsolului:

între axele pereților interiori și de la suprafața interioară a peretelui exterior, până la axa peretelui interior în încăperile fără colț și colț

Lățimea și înălțimea ferestrelor, ușilor:

după cele mai mici dimensiuni în lumină

B13 Proiectați temperaturile aerului exterior și interior

Pentru temperatura exterioară calculată t n, °С, nu se ia cea mai scăzută temperatură medie a celei mai reci perioade de cinci zile t 5 , °C și valoarea acestuia cu o securitate de 0,92.

Pentru a obține această valoare, se selectează cea mai rece perioadă de cinci zile în fiecare an al segmentului considerat P, ani (în SNiP 23-01-99* perioada 1925-1980). Valori ale temperaturii selectate ale celei mai reci perioade de cinci zile t Cele 5 sunt clasate în ordine descrescătoare. Fiecărei valori i se atribuie un număr. t. Securitate Laîn cazul general, se calculează prin formula

Perioada anului	Numele unei camere	Temperatura aerului, С		Temperatura rezultată, С		Umiditate relativă, %		Viteza aerului, m/s
		optim	admisibilă	optim	admisibilă	optim	admisibil, nu mai mult		optim, nu mai mult	admisibil, nu mai mult
Rece	Sufragerie
	La fel, în zonele cu temperatura celei mai reci perioade de cinci zile (securitate 0,92) minus 31С
	Baie, baie combinata
	Spatiu pentru odihna si studiu
	Coridorul inter-apartament
	hol, casa scării
	Depozite
	Sufragerie

B14 Pierderi de căldură cu aer infiltrat. pierderi suplimentare de căldură. Caracteristica termică specifică. n - coeficient luat in functie de pozitia suprafetei exterioare a structurii de inchidere in raport cu aerul exterior si determinat conform SNiP II-3-79**;

 - pierderi suplimentare de căldură în ponderi din pierderile principale, luate în considerare:

a) pentru gardurile exterioare verticale și înclinate orientate către direcții din care în luna ianuarie vântul bate cu o viteză ce depășește 4,5 m/s cu o frecvență de cel puțin 15% (conform SNiP 2.01.01.-82) în valoare de 0,05 la viteza vântului de până la 5 m/s și în valoare de 0,10 la o viteză de 5 m/s sau mai mult; pentru proiectarea tipică, trebuie luate în considerare pierderi suplimentare în valoare de 0,10 pentru etajele întâi și al doilea și de 0,05 pentru etajul al treilea;

b) pentru gardurile exterioare verticale și înclinate ale clădirilor cu mai multe etaje în valoare de 0,20 pentru etajele I și II; 0,15 - pentru al treilea; 0,10 - pentru etajul al patrulea al clădirilor cu 16 sau mai multe etaje; pentru clădirile cu 10-15 etaje trebuie luate în considerare pierderi suplimentare în valoare de 0,10 pentru etajele I și II și de 0,05 pentru etajul trei.

Pierderi de căldură pentru încălzirea aerului infiltrat

Pierderi de căldură pentru încălzirea aerului infiltrat Q în , kW, se calculează pentru fiecare cameră încălzită cu câte unul sau cantitate mare ferestre sau uși de balcon în pereții exteriori, pe baza necesității de a asigura încălzirea aerului exterior cu încălzitoare în cantitatea unui singur schimb de aer pe oră conform formulei

Q în =0,28 L inf*r*s( t în - t n )

Caracteristica termică specifică a unei clădiri este debitul maxim de căldură pentru încălzirea clădirii la o diferență de temperatură de un grad Celsius între mediul interior și cel extern, referitor la 1 metru cub. m de volum încălzit al clădirii. Caracteristicile termice specifice reale sunt determinate de rezultatele testelor sau de rezultatele măsurătorilor consumului real de energie termică etc. Caracteristica termică specifică reală cu pierderi de căldură cunoscute ale clădirii este egală cu: q \u003d (Qzd / (Vout (tv - tn.p)), unde Qzd este pierderea de căldură calculată de către toate încăperile clădirii, W; Vn este volumul clădirii încălzite în funcție de măsurarea exterioară, cub.m. ; tv - temperatura aerului interior, C; tn.p - temperatura aerului exterior, C."

B15 Emisii nocive de la oameni de radiații solare și alte surse casnice

Definiţia heat dissipation. Principalele tipuri de degajări de căldură includ câștigurile de căldură de la oameni, ca urmare a trecerii energiei mecanice în energie termică, din echipamentele încălzite, din materialele de răcire și alte articole importate în instalația de producție, din surse de iluminat, din produse de ardere, din radiația solară etc.

Degajarea de căldură de către oameni depinde de energia cheltuită de acestea și de temperatura aerului din cameră. Datele pentru bărbați sunt date în tabel. 2.3. Emisiile de căldură ale femeilor sunt de 85%, iar copiii - o medie de 75% din emisiile de căldură ale bărbaților.

B16 clasificarea sistemelor de încălzire. Purtători de căldură

Sistem de incalzire(CO) este un complex de elemente concepute pentru a primi, transfera și transfera cantitatea necesară de căldură în încăperi încălzite. Fiecare CO include trei elemente principale (Fig. 6.1): generator de căldură 1, care servește la obținerea căldurii și transferul acesteia în lichidul de răcire; sistem de conducte de căldură 2 pentru transportul lichidului de răcire prin ele de la generatorul de căldură la încălzitoare; aparate de incalzire 3, transferând căldura din lichidul de răcire în aer și în incintele camerei 4.

Ca generator de căldură pentru CO, poate servi un cazan de încălzire, în care combustibilul este ars, iar căldura eliberată este transferată la lichidul de răcire sau la orice alt schimbător de căldură care utilizează un alt agent de răcire decât CO.

Cerințe SO:

- sanitare si igienice- asigurarea temperaturilor aerului din incapere si a suprafetelor gardurilor exterioare cerute de standardele in vigoare;

- economic– asigurarea unor costuri minime reduse pentru construcție și exploatare, consum minim de metal;

- constructie– asigurarea conformității cu deciziile arhitecturale și de planificare și instructive ale clădirii;

- montare- asigurarea instalării prin metode industriale cu utilizarea maximă a unităților prefabricate unificate cu un număr minim de dimensiuni standard;

- operațională- simplitatea și comoditatea întreținerii, gestionării și reparațiilor, fiabilitate, siguranță și zgomot de funcționare;

- estetic- buna compatibilitate cu decorul arhitectural interior al camerei, suprafata minima ocupata de CO.

Se numește cantitatea de căldură care trece printr-o anumită suprafață pe unitatea de timp fluxul termic Q, W .

Se numește cantitatea de căldură pe unitatea de suprafață pe unitatea de timp densitatea fluxului termic sau fluxul termic specific și caracterizează intensitatea transferului de căldură.

(9.4)

Densitatea fluxului de căldură q, este îndreptată de-a lungul normalei la suprafața izotermă în direcția opusă gradientului de temperatură, adică în direcția scăderii temperaturii.

Dacă distribuţia este cunoscută q la suprafață F, apoi cantitatea totală de căldură Qτ a trecut prin această suprafață în timp τ , poate fi găsit conform ecuației:

(9.5)

și fluxul de căldură:

(9.5")

Dacă valoarea q este constantă pe suprafața considerată, atunci:

(9.5")

legea Fourier

Această lege stabilește cantitatea de flux de căldură la transferul căldurii prin conducție de căldură. Omul de știință francez J.B. Fourierîn 1807 a stabilit că densitatea fluxului de căldură printr-o suprafață izotermă este proporțională cu gradientul de temperatură:

(9.6)

Semnul minus din (9.6) indică faptul că fluxul de căldură este direcționat în direcția opusă gradientului de temperatură (vezi Fig. 9.1.).

Densitatea fluxului de căldură într-o direcție arbitrară l reprezintă proiecția pe această direcție a fluxului de căldură în direcția normalului:

Coeficient de conductivitate termică

Coeficient λ , W/(m·K), în ecuația legii Fourier este numeric egală cu densitatea fluxului de căldură atunci când temperatura scade cu un Kelvin (grad) pe unitate de lungime. Conductivitatea termică a diferitelor substanțe depinde de acestea proprietăți fizice. Pentru un anumit corp, valoarea coeficientului de conductivitate termică depinde de structura corpului, greutatea lui volumetrică, umiditate, compoziție chimică, presiune, temperatură. În calculele tehnice, valoarea λ luate din tabele de referință și este necesar să se asigure că condițiile pentru care este dată în tabel valoarea coeficientului de conductivitate termică corespund condițiilor problemei calculate.

Coeficientul de conductivitate termică depinde în special de temperatură. Pentru majoritatea materialelor, după cum arată experiența, această dependență poate fi exprimată printr-o formulă liniară:

(9.7)

Unde λ o - coeficient de conductivitate termică la 0 °C;

β - coeficient de temperatura.

Coeficientul de conductivitate termică a gazelor, și în special vaporii depind puternic de presiune. Valoarea numerică a coeficientului de conductivitate termică pentru diferite substanțe variază într-un interval foarte larg - de la 425 W / (m K) pentru argint, până la valori de ordinul a 0,01 W / (m K) pentru gaze. Acest lucru se explică prin faptul că mecanismul de transfer de căldură prin conducție termică în diverse medii fizice diferit.

Metalele au cea mai mare valoare coeficient de conductivitate termică. Conductivitatea termică a metalelor scade odată cu creșterea temperaturii și scade brusc în prezența impurităților și a elementelor de aliere. Deci, conductivitatea termică a cuprului pur este de 390 W / (m K), iar cuprul cu urme de arsen este de 140 W / (m K). Conductivitatea termică a fierului pur este de 70 W / (m K), oțel cu 0,5% carbon - 50 W / (m K), oțel aliat cu 18% crom și 9% nichel - doar 16 W / (m K).

Dependenţa conductivităţii termice a unor metale de temperatură este prezentată în fig. 9.2.

Gazele au conductivitate termică scăzută (de ordinul a 0,01...1 W/(m K)), care crește puternic odată cu creșterea temperaturii.

Conductivitatea termică a lichidelor se deteriorează odată cu creșterea temperaturii. Excepția este apa și glicerol. În general, conductivitatea termică a lichidelor care picătură (apă, ulei, glicerină) este mai mare decât cea a gazelor, dar mai mică decât cea a solideși se află în intervalul de la 0,1 la 0,7 W/(m K).

Orez. 9.2. Efectul temperaturii asupra conductivității termice a metalelor