Измерение тепловых потоков

10.4.1. В практике теплотехнических исследований ограждающих конструкций измерения величин тепловых потоков, проходящих через них, позволяет определить теплозащитные свойства обследуемых ограждений.

Для измерения тепловых потоков часто применяют тепломеры, основанные на принципе дополнительной стенки. Тепломеры, устроенные по этому принципу, как правило, состоят из трех пластин: двух защитных дисков с наружных сторон и средней рабочей пластины, на которой установлены термопары по двойной архимедовой спирали. Средняя пластина тепломера имеет две зоны - рабочую в центре диска и защитную кольцевую шириной не менее ¹/₄ части центральной рабочей зоны. В рабочей зоне смонтирована батарея термопар, соединенных последовательно. Термопары батарей расположены с обеих сторон рабочего диска. При прохождении теплового потока через тепломер на обеих сторонах рабочей пластины возникает термо-ЭДС вследствие разности температур на ее поверхностях.

По принципу дополнительной стенки устроены тепломеры З.З. Альперовича (рис. 10.5), тепломеры типа ИТП-2 конструкции ОРГЭС, а также ИТП-12. Специализированный измеритель теплового потока ИТП-12 выполнен в виде портативного переносного прибора (рис. 10.6), состоящего из преобразователя теплового потока и устройства для измерения и преобразования термо-ЭДС в цифровой сигнал, градуированного в Вт/м².

10.4.2. Если коэффициент теплопроводности дополнительной стенки известен, то для определения теплового потока достаточно измерить разность температур на ее поверхности. Тепловой поток в этом случае определяют по формуле

, (10.1)

где l - теплопроводность дополнительной стенки, Вт/(м×°С);

d - толщина стенки, м;

D t - падение температуры на дополнительной стенке при прохождении теплового потока.

10.4.3. Если коэффициент теплопроводности дополнительной стенки не известен, то производят тарировку тепломера при помощи другого тепломера, характеристика которого заранее известна.

Рис. 10.5. Схема устройства тепломера З.З. Альперовича

1 - верхний защитный резиновый диск; 2 - рабочий диск; 3 - нижний защитный резиновый диск; 4 - схема расположения термопар в рабочем диске; 5 - термопары

а)

б)

Рис. 10.6. Приборы для измерения тепловых потоков

а) Цифровой прибор типа ИТП-12

б) Тепломер ИТП-2 конструкции ОРГРЭС

10.4.4. При стационарных условиях теплопередачи и сравнительно невысоких температурах величина теплового потока определяется на основе измерения термо-ЭДС при помощи потенциометра

, (10.2)

где k - тарировочный коэффициент тепломера;

Е - величина измеренной ЕДС.

10.4.5. Тепломер, установленный на наружной поверхности ограждающей конструкции, показывает тепловой поток, отдаваемый наружной поверхностью ограждения наружному воздуху, а тепломер, установленный на внутренней поверхности ограждения, показывает тепловой поток, проходящий через внутренние поверхности ограждения.

В стационарных условиях теплопередачи, когда теплосодержание ограждающей конструкции не меняется, тепловой поток, входящий в ограждение, равен тепловому потоку, выходящему из ограждения. В нестационарных условиях теплопередачи, наблюдаемых в натурных условиях, входящий тепловой поток не равняется выходящему из-за изменения теплосодержания ограждения. Недооценка этого факта может привести к грубым ошибкам при экспериментальном определении термического сопротивления конструкции.