Особенности проведения испытаний в климатических камерах, страница 2

                                                 (2.5.4.)

Вследствие зависимости коэффициента теплопроводности от температуры λ =f(t) величина λ оказывается переменной. Для большинства материалов зависимость λ =f(t) имеет линейный характер вида:

                                         (2.5.5.)

где λ₀ - коэффициент теплопроводности при t₀; b – постоянная, определенная опытным путем.

После ряда преобразований получим уравнение изменения температуры в стенке в зависимости от ее толщины х (т.н. температурная кривая):

                         (2.5.6.)

Характеристика изменения температуры в стенке зависит от знака коэффициента b. Так как стенки камер и кожухов изделий, как правило, имеют покрытия, то их следует рассматривать как многослойные, и тогда изменение температуры в такой стенке будет представлено ломаной линией.

При испытании теплопроводящих или теплорассеивающих изделий необходимо ввести в рассмотрение понятие мощности q_v внутренних источников теплоты. Величина q_v, определяет количество теплоты, выделяемое единицей объема тела в единицу времени. Очевидно, что в этом случае процесс нагрева изделия еще более усложнится и выразить его аналитически окажется чрезвычайно трудно. Идеализированные условия распространения теплоты характеризуются постоянством температурного поля (стационарный процесс). В реальных же условиях и при испытаниях температура изменяется во времени как в непрерывном режиме, так и в пределах одного цикла в циклическом режиме, т. е. имеет место нестационарный процесс.

Важный элементом обеспечения теплообмена при испытаниях является учет требований к теплопроводности монтажных приспособлений и соединений, используемых при установке изделий в камеру. Эти требования зависят в основном от двух причин, являются ли испытуемые изделия тепловыделяющими (теплорассеивающими) или нет, и проводятся ли испытания на воздействие сухого тепла или холода.

При испытании тепловыделяющих изделий на воздействие сухого тепла наилучшими считаются монтажные приспособления и соединения, обеспечивающие максимальную передачу и отвод теплоты от изделия за счет их высокой теплопроводимости.

При испытании нетепловыделяющих изделий на воздействие сухого тепла наилучшими считаются монтажные приспособления и соединения с низкой теплопроводностью, обеспечивающие длительное время их нагрева и соответственно замедление переноса тепла от стенок камеры к испытуемому изделию.

При испытании тепловыделяющих и нетепловыделяющих изделий на воздействие холода наилучшими считаются монтажные приспособления и соединения с низкой теплопроводностью, обеспечивающие наименее интенсивный перенос тепла от испытуемого изделия к стенкам камеры.

Во всех указанных случаях желательно обеспечение равномерного теплового состояния изделия, зависящего не только от теплопроводности, но и от конвекции, которая проявляется в перемещении частиц воздуха (газа), находящегося в объеме испытательной камеры, и теплоносителя (жидкости), обеспечивающего нагрев (либо охлаждение) камеры. Таким образом, к причинам нестационарности температуры в камере можно отнести тепловой обмен за счет теплопроводности и конвекции.

Различают естественную (свободную) и вынужденную конвекцию. Причиной естественной (свободной) конвекции является неодинаковая плотность среды, вызванная разностью температур, которая приводит к движению теплоносителя (потоков воздуха или другого газа в камере или жидкости, используемой для нагрева или охлаждения камеры). Процесс свободной конвекции возникает вследствие различия плотностей нагретых и холодных частиц теплоносителя. Для большинства теплоносителей в рассматриваемом интервале температур зависимость плотности от температуры с достаточным приближением можно представить как линейную. Так как в процессе теплообмена при нагреве (охлаждении) температура теплоносителя изменяется, а одновременно изменяются и его физические свойства), то только знание температуры не позволяет во всех случаях автоматически учитывать зависимость теплоотдачи от изменения физических свойств. Вследствие этого в ряде случаев целесообразно учитывать влияние изменения физических свойств теплоносителя введением дополнительных поправок. Интенсивность конвективного теплообмена определяется по формуле Ньютона – Рихмана, согласно которой тепловой поток Q пропорционален площади поверхности теплообмена F и разности температур стенки и теплоносителя (t_c—t_т,).