VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Краткое теоретическое содержание

Пирометр – прибор для бесконтактного измерения температуры тел. Пирометры применяют для дистанционного определения температуры объектов в промышленности, быту, сфере ЖКХ, на предприятиях, где большое значение приобретает контроль температур на различных технологических этапах производства (сталелитейная промышленность, нефтеперерабатывающая отрасль). Пирометры могут выступать в роли средства безопасного дистанционного измерения температур раскаленных объектов, что делает их незаменимыми для обеспечения должного контроля в случаях, когда физическое взаимодействие с контролируемым объектом невозможно из-за высоких температур. Их можно применять в качестве теплолокаторов (усовершенствованные модели), для определения областей критических температур в различных производственных сферах.

Теплоотдача и виды теплообмена

Теплоотдача — это теплообмен между поверхностью тела человека и окружающей средой. В сложном процессе сохранения теплового баланса организма регуляция теплоотдачи имеет большое значение. Применительно к физиологии теплообмена теплоотдача рассматривается как переход теплоты, освобождаемой в процессах жизнедеятельности, из организма в окружающую' среду. Теплоотдача осуществляется в основном излучением, конвекцией, кондукцией, испарением. В условиях теплового комфорта и охлаждения наибольшую долю занимают потери тепла радиацией и конвекцией (73—88% общих теплопотерь). В условиях, вызывающих перегревание организма, преобладает теплоотдача испарением. Радиационный теплообмен. В любых условиях жизнедеятельности человека между ним и окружающими телами происходит теплообмен путем инфракрасного излучения (радиационный теплообмен). Человек в процессе своей жизнедеятельности часто подвергается нагревающему воздействию инфракрасных излучений с разными спектральными характеристиками: от солнца, нагретой поверхности земли, зданий, отопительных приборов, и т. д. В производственной деятельности с радиационным нагреванием человек сталкивается, например, в горячих цехах металлургической, стекольной, пищевой промышленности и др. Излучением человек отдает тепло в случаях, когда температура ограждений, окружающих человека, ниже температуры поверхности тела. В окружающей человека среде часто встречаются поверхности, имеющие температуру значительно ниже температуры тела (холодные стены, застекленные поверхности). При этом потери тепла излучением могут быть причиной местного или общего охлаждения человека. Радиационному охлаждению подвергаются строительные рабочие, рабочие, занятые на транспорте, обслуживающие холодильники.Теплоотдача излучением в комфортных метеорологических, условиях составляет 43,8—59,1% общих теплопотерь. При наличии в помещении ограждений с температурой более низкой, чем температура воздуха, удельный вес теплопотерь человека излучением возрастает и может достигать 71%. Этот способ охлаждения и нагревания оказывает более глубокое воздействие на организм, чем конвекционный.

Конвекционный теплообмен. Передача тепла конвекцией осуществляется с поверхности тела человека (или одежды) движущемуся вокруг него (нее) воздуху. Различают конвекционный теплообмен свободный (обусловленный разностью температур поверхности тела и воздуха) и принудительный (под влиянием движения воздуха). По отношению к общим теплопотерям в условиях теплового комфорта теплоотдача конвекцией составляет 20—30%. Существенно возрастают потери тепла конвекцией в условиях ветра.

Кондукционный теплообмен.Теплоотдача от поверхности тела человека к соприкасающимся с ним твердым предметам осуществляется проведением (кондукцией).

Микроклимат

Микроклимат под одеждой оценивается рядом показателей: температурой и влажностью воздуха, содержанием в нем углекислого газа. Температуру воздуха под одеждой (между телом и одеждой) и в ее слоях измеряют с помощью термопар и термометров сопротивления металлических и полупроводниковых (например, ММТ-1, ММТ-4, ММТ-6, КМТ-1 и др.).Число и топографию точек измерения температуры воздуха под одеждой выбирают в зависимости от задач исследования. В условиях нагревающей среды температуру воздуха под одеждой обычно измеряют в области спины и груди. В условиях охлаждения с целью определения теплозащитных функций различных предметов одежды целесообразно измерять температуру в области груди, спины, поясницы, плеча и бедра.

Влажность воздуха под одеждой измеряется методами, основанными на физических явлениях, происходящих с некоторыми веществами в присутствии влажного воздуха . Эти явления определяют и названия методов измерения влажности воздуха- электропсихрометрический, сорбционный и т. д.

Ход работы:

№ точки	Туловище	Ноги	Руки
	С пиджаком
1	25,8	32,2	30,6
2	26,2	32,6	29,2
3	26,4	29,4	34,8
4	29,2	29,2	30,2
5	28,6	30,0	28,2
6	32,8	30,2	34,6
7	32,6	30,8	27,8
8	28,2	30,8	27,4
9	31,8	30,6	32,4
10	27,6	30,4	28,4
11		30,4	27,8
12		29,4	33,4
	Без пиджака
1	35,0	33,4	34,2
2	35,4	34,4	34,0
3	35,4	34,6	34,0
4	35,4	33,4	34,0
5	35,4	33,2	31,6
6	35,0	33,4	31,4
7	35,2	31,8	31,2
8	36,0	32,6	31,4
9	34,6	32,0	33,9
10	34,6	32,4	34,0
11		33,2	32,8
12		32,8	32,0

№ точки	Голова	Стопы с обувью	Стопы без обуви
1	35,8	27,0	32,6
2	33,6	26,6	32,2
3	33,8	26,8	30,8
4	34,4	26,6	31,8
5	34,4
6	29,8
7	27,4
8	28,2
9	28,6
10	28,2

Расчёт термического сопротивления пиджака

Количество тепла, отдаваемого организмом человека во внешнюю среду (теплоотдача), зависит от теплового сопротивления одежды, состояния окружающей среды и физической нагрузки человека.

Процесс теплообмена между организмом человека и окружающей средой, проникающий через одежду, весьма сложен, а имеющиеся экспериментальные методы оценки теплозащитных свойств одежды, учитывающие все перечисленные факторы, весьма несовершенны.

Проектирование комфортной одежды, которая в состоянии обеспечить тепловое равновесие организма при различных условиях труда и климата, представляет важную, но практически очень сложную задачу. Это объясняется большим количеством методик для приближенного теплового расчета одежды.

Формула для расчета термического сопротивления одежды:

R=δλ

где λ - толщина одежды (пиджака), м

δ - коэффициент теплопроводности материала

R=0,050,006=8,3 м2∙ч∙град/ккал

Теплообмен человека с окружающей средой

Различают три вида теплоотдачи организма человека:

• излучение (в виде инфракрасных лучей, испускаемых поверхностью тела внаправлении предметов с меньшей температурой);

• конвекция (нагревание омывающего поверхность тела воздуха);

• испарение влаги с поверхности кожи, слизистых оболочек верхних дыхательных путей и легких.

Теплоотдача излучением происходит только в том случае, когда температура окружающих предметов ниже температуры открытых участков кожи или наружных слоев одежды. Основная часть излучения относится к инфракрасному диапазону. При этом теряемое организмом в единицу времени количество теплоты, Дж/с (1 Дж/с = 1 Вт),

Pp = Sδ(Tч - То),

где S— площадь поверхности тела человека м2

δ — приведенный коэффициент излучения, Вт/(м2*К4): для шерсти и шелка δ = 4,3*10

Тч — температура поверхности тела человека, °С

Тo — температура окружающей среды, °С

Pp = 1,47·4,3·10(28,5-22,3) = 391,9Дж/с

Приближенно потери теплоты в единицу времени конвекцией, Дж/с, можно определить по формуле:

Pк1 = 7(0,5 + √v)S(Tч - То),

где V – скорость движения ветра

Pк1 = 7(0,5+0,1)1,47(28,5-22,3) = 38,3 Дж/с

Радиационный обмен:

Qрад=αрад∙Sрад(t1-t2)

где α_рад — коэффициент излучения, Вт/(м²°С);

S_paд -площадь поверхности, тела человека, участвующей в радиационном теплообмене, м2;

t1 — температура поверхности тела (одежды) человека, °С;

t2 — температура поверхности окружающих предметов, °С

Коэффициент излучения α_рад при известных значениях t1 и t2 может быть определен по таблице.

Qрад=5,3·1,47·28,5-22,3=48,3 Вт/м²

Выводы

В ходе выполнения работы мы ознакомились с основными принципами теплообмена человека с окружающей средой, правили необходимые расчеты и убедились, что наибольший процент теплообмена в комфортных условиях приходится на излучение. Теплообмен это очень важный процесс для жизни человека и его терморегуляции. Если тепловой баланс не будет поддерживаться, то дополнительное тепло, полученное различными путями, приведет к повышению температуры тела, а недостаток тепловой энергии - к его охлаждению. В обоих случаях создаются неблагоприятные условия для функционирования клеток организма, которые при превышении определенных температурных границ внутри тела начинают погибать. Тепловой баланс любого тела определяется соотношением между теплом, которое оно получает, и теплом, которое оно отдает. Величина тепловыделения организмом человека зависит от степени физического напряжения и составляет от 75 ккал/ч в состоянии покоя до 430 ккал/ч при тяжелой работе. Для комфортных условий работы необходимо, чтобы тепловыделение организма равнялось его теплоотдаче, при этом температура внутренних органов человека остается постоянной (около 36,6 оС). Таким образом, тепловое самочувствие человека, или тепловой баланс в системе человек – среда обитания зависит от температуры среды, подвижности и относительной влажности воздуха, атмосферного давления, температуры окружающих предметов и интенсивности физической нагрузки. Хотелось бы отметить, что повышенная влажность при высоких температурах затрудняют терморегуляцию при выполнении физической работы или повышенной активности, поэтому с этих условиях следует с особым внимание отнестись к терморегуляции организма и всячески ему помогать.

Код для цитирования: Скопировать