Особенности проведения испытаний в климатических камерах, страница 7

Предположим, что стенки камеры имеют температуру, равную температуре воздуха в камере, тогда

где α – коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт*м^–2 К^–1. Значение α зависит от разности T₁ – T₂и среднего размера а изделия.

Для условий свободного обмена воздуха и для термически черных стенок в упрощенном виде можно записать

Эту формулу перепишем следующим образом:

Введя новые переменные, получим –

                                        (2.5.25.)

Проведение испытаний в камерах, обеспечивающих создание условий свободного обмена воздуха, является предпочтительным. Однако даже в очень больших камерах циркуляция воздуха и распределение температуры вокруг изделия не будут точно такими же, как в реальных условиях свободного обмена воздуха. В связи с этим возникает необходимость создания камер с принудительной циркуляцией воздуха для осуществления равномерного нагрева (охлаждения) при испытании крупногабаритных изделий или при одновременном испытании большого числа изделий. Кроме того, применение принудительной циркуляции воздуха оказывается целесообразным в камерах малых объемов, поскольку в противном случае равномерность нагрева в них не обеспечивается. Таким образом, наличие циркуляции воздуха в камере предотвращает перегрев изделий. Однако скорость воздушного потока не должна быть большой, чтобы изделие не охлаждалось. Установлено, что скорость воздушного потока, равная 0,5 м/с, является практически достаточной. Для уменьшения влияния конвекции на однородность воздушного потока целесообразно направлять поток вертикально вверх.

2.5.2. Взаимосвязь параметров газовой среды испытательного стенда и процессы их регулирования

Воздух окружающей нас среды характеризуется температурой, влажностью, давлением и газовым составом. Указанные параметры воздуха находятся в сложной зависимости друг от друга, поэтому при воспроизведении в камерах различных климатических условий необходимо учитывать эту взаимозависимость. Практически воздух всегда содержит какое-то количество водяных паров, т. е. представляет собой паровоздушную смесь. Можно считать, что влажный воздух подчиняется всем законам смеси идеальных газов. Пар, входящий в состав воздуха (в состав смеси), занимает тот же объем, имеет ту же температуру Т и находится под своим парциальным давлением р_вп.

Как указывалось, состояние некоторой массы газа определяется значениями трех основных параметров: давлением р, объемом V и температурой Т, закономерно связанных друг с другом функцией, носящей название уравнения состояния:

                                                 (2.5.26.)

или

                                             (2.5.27.)

где V – объем газа. m – масса газа; μ – молярная масса. R – газовая постоянная; Т – термодинамическая температура газа.

На основании уравнения Клапейрона выведена так называемая барометрическая формула, характеризующая зависимость атмосферного давления от параметров воздушной среды (газа) и, в частности, от высоты над уровнем моря h:

                                        (2.5.28.)

где p_б, барометрическое давление на заданной высоте h, р₀ давление на уровне моря; μ – молярная масса воздуха; g — ускорение свободного падения.

Эта формула выведена в предположении постоянства температуры. Из формулы следует, что давление убывает с высотой тем быстрее, чем тяжелее газ, т. е. больше его μ и чем ниже температура. Барометрическое давление p_б равно сумме давлений сухого воздуха р_св и водяного пара р_вп.

Как известно влагосодержание d зависит от температуры, барометрического давления воздуха и давления водяного пара. Как было указано, парциальное давление водяного пара, входящего в состав воздуха, зависит от температуры. Чтобы повысить температуру тела (в данном случае некоторого количества пара) на один градус, необходимо сообщить ему определенное количество теплоты, называемое теплоемкостью:

Теплоемкость единицы массы вещества называется удельной теплоемкостью. Единица измерения – Дж/(градус*кг).