8.3. Метод комбінованого тепломіра

Вплив на інтенсивність теплообміну під час вільної та вимушеної конвекції швидкості, режиму руху теплоносія, температур теплоносія і пристінного прошарку біля поверхні тощо, розглянуто в попередніх лабораторних роботах.

Інтенсивність теплового випромінювання в оточуюче середовище розраховують, як різницю абсолютних температур в четвертій ступені поверхні об’єкта і оточуючого середовища та ступеня чорноти випромінюючої поверхні. Зменшити чи збільшити інтенсивність випромінювання за сталими температурами поверхні та довкілля можливо змінюючи ступінь чорноти поверхні від сірого тіла ―  = 0,99, для якого випромінювання та поглинання максимальне, до дзеркального тіла ―  = 0,05, що майже не віддає енергії і не поглинає із зовні.

Теплометричний метод роздільного вимірювання радіаційної та конвективної складових розглядає вимірювання густини теплового потоку двома тепломірами, приймальні поверхні яких мають різні коефіцієнти поглинання (ступені чорноти) ― «чорний» на рівні ₁=0,98...0,94 та «дзеркальний (білий)» ― з ₂=0,1...0,05. «Чорний» датчик фіксує сумарний тепловий потік q₁ = q_ = q_к + q_пр., а «дзеркальний» тільки конвективний потік q₂=q_к.

Для «дзеркального» тепломіра використовується покриття у вигляді тонкої алюмінієвої фольги, яка має інтегральну напівсферичну ступінь чорноти ε₂ = 0,08...0,1. Поверхня ж «чорного» тепломіра вже має високий ступінь чорноти за рахунок наповнювача заливного компаунда ε_ПТП = ε₁ = 0,94 (рис.8.5), і яка близька до ступеня чорноти досліджуваної поверхні.

За умов дослідження, важливо визначити та порівняти густину теплового потоку за рахунок теплового випромінювання та конвекції на різному обладнанні. Це можливо зробити, як двома тепломірами «чорним» і «дзеркальним», так і одним «чорним» тепломіром, тільки після вимірювання на нього наклеюється алюмінієва фольга і датчик стає «дзеркальним». Розрахункове рівняння має вигляд:

(8.5)

Якщо вважати, що співвідношення , то тоді, як попередньо було сказано, «дзеркальний» тепломір вимірює конвективну складову теплообміну, а «чорний» ― сумарне значення конвективної і променистої складової теплообміну:

(8.6)

Раціональніша конструкція «чорного» ― «дзеркального» ПТП має вмонтовану на поверхні термопару t_с і окрему термопару для вимірювання температури повітря t_п на відстані 2…3 см від датчиків, що вимірює температуру за межами прикордонного теплового шару. Дане поєднання тепломіра i термопар створює тип приладу, що називається альфаміром (рис.8.5). Даний прилад дозволяє не тільки вимірювати конвективний і визначати променистий теплові потоки, але і розраховувати відповідні коефіцієнти тепловіддачі за рівняннями:

_=q_/( t_c – t_п), _к=q_к/( t_c – t_п), _пр=q_пр/( t_c – t_п). (8.7)

Такі вимірювання дозволяють безпосередньо визначати вплив на зовнішні втрати огороджень теплового та холодильного обладнання, термічних камер, мережних трубопроводів наземного прокладання тощо дію протягів, роботу вентиляторів, та інших теплових та охолоджуючих джерел, а якщо огородження розташовані на вулиці то вітру, опадів та сонячного випромінювання.