---

Рекомендации приведены в приложении Н.

Поскольку теплообмен излучением имеет важное значение при испытании теплорассеивающих образцов, следует определить ко­эффициент лучепоглощения стенок камеры и затем его периоди­чески контролировать.

Необходимые рекомендации приведены в приложении I.

6. МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ ИСПЫТАНИИ

   1. Общие положения

Для достижения воспроизводимости методика испытания на воздействие температуры должна быть разработана таким обра- 4—1016

зом, чтобы самая высокая (низкая) температура, достигаемая в определенной точке образца, в равной мере не зависела от тем­пературы испытательной лаборатории. При проведении испыта­ний, продолжительность которых мала по сравнению с временем, необходимым для достижения образцом температурной стабиль­ности, следует учитывать следующие меры предосторожности.

Эффективность теплообмена между воздухом в камере и ис­пытуемым образцом зависит от скорости воздуха.

Желательна точная имитация скоростей воздуха, связанных с высокими (низкими) температурами в естественных условиях окружающей среды. Однако вследствие ограниченной информа­ции о естественных условиях окружающей среды, а также труд­ностей в воспроизведении определенных скоростей воздуха (вклю­чая степень турбулентности и т. д.) в испытательных камерах такая имитация обычно невозможна. Поэтому чтобы охватить все возможные случаи, необходимо выбрать самые жесткие условия испытания («наихудший случай»).

При испытании нетеплорассеивающих образцов увеличение скорости воздуха вызывает повышение (при испытании на холод — понижение) температуры образца. Поэтому для этого испытания рекомендуется применять высокую скорость воздуха в испыта­тельной камере (предпочтительно не менее 2 м/с в незаполненном рабочем объеме камеры).

При испытании теплорассеивающих образцов увеличение ско­рости воздуха ведет к снижению температуры самых горячих то­чек испытуемого образца, если эта температура выше температу­ры окружающего воздуха. Поскольку это случается часто, то такое испытание должно проводиться, по возможности, без при­нудительной циркуляции воздуха (условия свободного обмена воздуха).

В том случае, когда нагрев (охлаждение) камеры возможен только при помощи циркуляции воздуха, может быть применен метод А испытания Bd (Ad).

Для достижения воспроизводимости следует точно построить график изменения температуры воздуха в камере во времени на весь период выдержки. В тех случаях, когда возможна полная имитация реальных условий окружающей среды, график измене­ния температуры во времени может быть построен специально для имитируемых условий.

В большинстве случаев рекомендуется пользоваться графиком (см. рис. 1).

Следует заметить, что предлагаемый график изменения тем­пературы во времени отличается от испытаний А и В следую­щим: ... -

1. более узким диапазоном начальной температуры (25±3)°С;

2. определенной скоростью изменения температуры воздуха в камере в период установления температуры испытания;

3. длительность выдержки отсчитывается с момента достиже­ния в камере заданного значения температуры воздуха.

1 — образец» внесенный в испытательную ка­меру; 2 — температура испытания; 5 — скорость изменения температуры 0,7— ГС в минуту; 4— температура воздуха в камере; 5 — скорость из­менения температуры 0Л°С в минуту; 6 — обра­зец включен (для испытаний в рабочем состоя­нии); 7* — заданная длительность выдержки

— — — температура нетеплорассеиваю­щих образцов

—.—.— температура теилорассеивающих об­разцов Рис. 1

* Заданная длительность выдержки отсчитывается с момента достижения в камере заданного значения температуры воздуха с допуском 3°С.

4*

fПРИЛОЖЕНИЕ А Рекомендуемое

ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ КАМЕРЫ НА ТЕМПЕРАТУРУ ПОВЕРХНОСТИ
ОБРАЗЦА ПРИ ОТСУТСТВИИ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ
ЦИРКУЛЯЦИИ ВОЗДУХА

Рис. 2 является результатом ряда экспериментов, проведенных с целью "определения минимально допустимых размеров камеры сухого тепла, в которой ■при испытании определенного типа образцов температура поверхности образца Была бы приблизительно такой же, как и в ус^цвиях свободного обмена воздуха.

Образцы различных 'габаритов с неодинаковым теплорассеянием с едини­цы поверхности подвергались воздействию температуры окружающей среды (которая определена в СТ МЭК 68—1 (ГОСТ 28198), равной 70°С, в камерах сухого тепла различного объема. Критерием, по которому определялись мини­мально допустимые размеры камеры, служило требование, чтобы температура поверхности испытуемого образца не превышала более чем на 5°С температуру поверхности, полученную в ‘камере наибольшего объема, размер которой был очень велик по сравнению с размерами испытуемых образцов. Температура стенок камеры отличалась от температуры окружающей среды не более чем на 5°С.

Испытуемые образцы имели форму куба и были почти термически белыми, ■чтобы имитировать наихудший вариант, при котором все тепло рассеивается ‘посредством конвекции. Стенки камеры были близки к термически черному цвету

.Теплорассеяние с единицы площади поверхности испытуемого образца,
при котором разность температур поверхности образца в камере очень большого объема
и в камере меньшего объема достигает 5°С

«

d — расстояние между поверхностью испытуемого образца и стенкой камеры, см

Рис, 2

ГОСТ 28236—89 С. 15

Теплорассеяние с единица/ площади, подерхносгпи^

— экспериментальные данные

ВЛИЯНИЕ ЦИРКУЛЯЦИИ ВОЗДУХА НА УСЛОВИЯ ИСПЫТАНИЯ
В КАМЕРЕ И НА ТЕМПЕРАТУРУ ПОВЕРХНОСТИ
ИСПЫТУЕМЫХ ОБРАЗЦОВ

1. Расчет воздействия воздушного потока на температуру образца и на температурный градиент в камере

V — скорость воздуха, м • с^-1;

к (о) — коэффициент теплопередачи, Вт•м²• К^-1;

Р— количество тепла, переносимого в единицу времени, Вт;

F— эффективная площадь теплорассеивающеи поверхности, м²;

t — время;

G— масса входящего или выходящего воздуха в единицу времени, кг-с^-1;

Ср— удельная теплоемкость воздуха при постоянном'давлении,

1000 Дж • кг^-1 • К^-1;

у — плотность воздуха, 1,29 кг-м^-3;

S — площадь поперечного сечения камеры, м²;

Т — температура, К-

U і

где l(v)=a+6v; а~10; v<—-—<3м-с .

Экспериментальные данные показывают, что при малой скорости воздуха, которая имеет место во время испытаний, b ~ 3; b увеличивается с возрастанием скорости воздуха; при 3 м-с^-1 6~8.

Если и = 0,3 м-с^-1, ошибка в 10%.

_ Р Р

воздуха^ _CpQ - •

(2)

Подставив числовые значения, получим для камеры в форме куба со сто­роной 0,5 м, скоростью воздушного потока в ней 0,3 м- с^-1 и расстоянием мощ­ности 100 Вт следующее

100

5=0,25 м²; Д7’_ВОзд_уха=_{1129х1000х0 25><013}~1^оС. (3)

При рассеянии мощности до 100 Вт сколько-нибудь значительных проблем >не возникает. При рассеянии 1 кВт требуется большая камера (например, ка­пера в форме куба со стороной 1,5 м).

Если градиент является приемлемым, то допустимо увеличение скорости 'воздушного потока.

Экспериментальные данные о влиянии циркуляции воздуха
на температуру поверхности проволочного резистора.

Циркуляция воздуха с радиальным направлением потока

ПоВышргШе температуры, °С

Скорость воздушном потока, м/с —

Рис. ЭЭкспериментальные данные о влиянии
циркуляции воздуха на температуру поверхности
проволочного резистора.

Циркуляция воздуха с осевым направлением
потока

Распределение температуры по цилиндру с однородным
тепловыделением при циркуляции воздуха
со скоростью 0,5; 1 и 2 м-с^-1

ДТ — превышение температуры поверхности образца над температурой окружающей среды;

V — скорость воздуха, м • с-¹;

Температура воздуха =70°С;

Диаметр цилиндра =6 мм;

Теплорассеяние с единицы поверхности —1,5 кВт • м—².

Примечание, проводность образца (наихудший вариант).

При построении кривых тепло- не принималась во внимание

ВЛИЯНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ИЗЛУЧЕНИЯ ОБРАЗЦА
НА ПОВЫШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

Сравнение повышения температуры в зависимости от величины теплорассеяния термически белых и термически черных образцов, помещенных в камеру с термически черными стенками, температура воздуха в которой равна 70°С (данные получены экспериментальным путем). См. также приложение Е ••

Теплороссеяние с единицы площади поверхностиПРИЛОЖЕНИЕ D

Справочное

ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ ПРОВОЛОЧНЫХ ВЫВОДОВ И МАТЕРИАЛА
НА ТЕМПЕРАТУРУ ПОВЕРХНОСТИ ЭЛЕМЕНТА

Температура поверхности, °С

* Провод большого сечения, используемый для обмотки резистора, также способствует быстрому отводу тепла от «нагретой точки»РАСЧЕТ И НОМОГРАММЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

1. Система условных обозначений

Р — количество тепла, переносимого в единицу времени, Вт;

А₂— площадь поверхности образца, м²;

Ai — площадь поверхности стенок камеры, м²;

Т_а— температура стенок камеры, К;

7_Л — температура поверхности образца, К;

Ei —■ коэффициент лучепоглощения стенок камеры;

е₂ — коэффициент излучения образца;

о — постоянная Стефана-Больцмана

0=5,67-10^—8 Вт-м^-2-К~⁴;

а — средний размер образца, м;

и—коэффициент теплоотдачи конвекции (Вт • м~² • К^-1).

Величина а зависит от (Т,—Т_а) и а.

2. Теплообмен излучением

Количество тепла, переносимого только посредством излучения от изделия в камере к окружающим стенкам, вычисляют по формуле

о

^Р = '7 ~/~1 ;^Т^~^Та)- <⁴)

1--7Ч—-1

^г2 А еі !

Для камеры с неограниченным объемом, т. е. при свободном обмене воз­духа, Ai>A₂, отсюда

Р^А^-Т'Р). (5)-

Тот же самый результат получается для термически черных стенок (ві = 1)- независимо от размеров камеры.

Используем при упрощении выражение

Тогда общий случай примет вид

P=<iFA_a(T_s—T_a)(T_s--T_a)(T_s²-}-T_a²)=aFA_t(T_s—T_a)f{T_a, T_s) (7)

или

р
FA₂(T-T_a)

=°f(T_a, T_s).

(8)

Это соотношение представлено на рис. 8 приложения Е.

3. Теплообмен излучением и конвекцией

   1. Перенос тепла

Допустим, что стенки камеры имеют температуру, равную температуре воз­духа в камере. Тогда получим

Р о

~= П Г"П Т-7а)- (9)

Л / і Л

*2 41 Ч /

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

-7— = ^(T_s*-T_a^(T_s-T_a), (10)

^у|2

■что можно переписать следующим образам:

1 Р ( I £»3

—= ТЯ -^а—ту - 7^+—ї-ту . (11)

а Л₂ а ) а )

Введем новые переменные:

г,а

*S~ 7j-|- ■ J's¹>

а

Ха=Та+—*~-Та‘
а

и получим

——=a(x_s—x_a). (12)

^ла

Это соотношение может быть легко представлено в виде номограммы. В ка­честве примера приведены две номограммы (для удобства температура в но­мограммах указана в градусах Цельсия).

Из п. 1 видно, что а зависит от T_s—Т_а и от среднего размера образца а. Примеры номограммы, где 82=0,7, составленные для двух различных зна­чений а, приведены на рис. 9 и 10.

При расчете номограмм использовались следующие величины:

Рис. 9 Рис, 10

Средний размер образца д=0,2 м гг=0,05 м

Средняя разность температур T_s—7'_О=35°С T_s—7'_а=100°С

Коэффициент теплообмена а=5 Вт-м^{— 2}К~ а=8Вт-м^—2К~¹

конвекций для указанных вы­ше размера образца и разно- _ q 8-1О~⁸-К~³~

сти температур а ’ ’