Особенности проведения испытаний в климатических камерах, страница 6

Из сказанного следует, что чем меньше площадь поверхности изделия F₁ по сравнению с площадью поверхности стенок камеры F₂, тем меньше будет влияние коэффициента поглощения ε₂ стенок камеры на коэффициент теплообмена ε_п.

Количество тепловой энергии Q, переносимой посредством излучения от изделия в испытательной камере к ее стенкам, определяется по формуле

.                          (2.5.22.)

где σ – постоянная Стефана Больцмана.

Для камеры со свободным обменом воздуха, т. е. для камеры с неограниченным объемом, когда F₂.>> F₁, а также для камеры с термически черными стенками (ε₂=1) независимо от ее размеров справедлива формула

                                             (2.5.23.)

Упростив и преобразовав приведенную формулу, можно получить

.          (2.5.24.)

Данное выражение показывает зависимость рассеянной теплоты Q от температуры поверхности изделия (Т₁) и стенок камеры (Т₂). При этом необходимо учитывать, что повышение температуры в камере зависит от коэффициента излучения, определяемого теплорассеиванием термически белых или термически черных изделий. Пользуясь графиком (рисунок 2.5.5.), можно определить влияние коэффициента излучения на увеличение теплорассеяния изделием при повышении температуры сверх имеющихся 70°С в камере с термически черными стенками.

На основании изложенного можно построить график зависимости отношения площадей стенок камеры (F₂) и изделия (F₁) от коэффициента ε₂ поглощения стенок камеры (рисунок 2.5.6.). Данный график позволяет по известному коэффициенту поглощения стенок камеры (ε = ε₂) определить минимально допустимую площадь F₂; поверхности стенок камеры при известной площади F₁ поверхности изделия с любым коэффициентом излучения.

Приведенные выше соображения показывают, что теплообмен за счет излучения в камере зависит от свойств ее стенок. Если изделие и стенки камеры термически черные, то теплообмен изделия со средой внутри камеры за счет теплового излучения может составить половину общего теплообмена. Следовательно, результат испытаний будет зависеть от того, в какой камере (термически белой или термически черной) подвергается тепловыделяющее изделие воздействию определенной температуры окружающей среды. В реальных условиях большая часть изделий работает в среде, которая по своим характеристикам ближе к термически черной, чем к термически белой и имеет относительно высокий коэффициент поглощения. В связи с этим стенки камер можно считать термически черными, тем более что обеспечить сохранность стенок в течение длительного времени термически белыми, с неизменным коэффициентом излучения затруднительно. Если предположить, что температура стенок камеры изменяется в пределах 3% заданной температуры испытаний, а коэффициент поглощения изменяется от 0,7 до 1, то в результате изменение температуры поверхности изделия не превысит 3К.

Поскольку мощность теплового излучения пропорциональна разности четвертых степеней температур поверхности изделия и стенки камеры, то тепловое излучение менее значительно при относительно низких температурах, что позволяет не предъявлять жестких требований к термическому цвету и температуре стенок при испытаниях на воздействие низких температур. При испытаниях на воздействие повышенной температуры желательно получать высокую температуру в объеме камеры.

Известно, что для обеспечения поглощения и отражения теплового излучения большое значение имеет состояние поверхности, поэтому, если приходится пренебрегать выполнением условия свободного обмена воздуха в неограниченном пространстве, необходимо предусматривать принудительную циркуляцию воздуха в камерах и делать их поверхность из полированной коррозионно-стойкой стали.

Эти меры особенно целесообразны в комбинированных камерах, предназначенных для испытаний на воздействие влажного тепла.

Пример. Поскольку в реальных условиях теплообмен в камере обеспечивается излучением и конвекцией, то оценим, к чему приводит их совместное воздействие на изделие.