onetwoclick.ru
Общие термины:
Известно, что скорость химических реакций (реакции, изменяющие электрические и механические свойства изоляции, материалов несущих конструкций) зависит от температуры. С увеличением температуры скорость химических реакций возрастает. В материалах оборудования накапливаются структурные изменения, которые со временем могут привести к аварийной ситуации. Поэтому температура или пространственно-временное распределение температур является индикатором технического состояния оборудования. Контроль температурных полей получил название тепловой неразрушающий контроль (ТНК). В литературе даются различные определения теплового неразрушающего контроля.
1. Общие термины
Известно, что скорость химических реакций (реакции, изменяющие электрические и механические свойства изоляции, материалов несущих конструкций.) зависит от температуры. С увеличением температуры скорость химических реакций возрастает. В материалах оборудования накапливаются структурные изменения, которые со временем могут привести к аварийной ситуации. Поэтому температура или пространственно-временное распределение температур является индикатором технического состояния оборудования. Контроль температурных полей получил название тепловой неразрушающий контроль (ТНК).
В литературе даются различные определения теплового неразрушающего контроля. Так например, в работе [1] тепловой неразрушающий контроль (тепловой контроль) определяется следующим образом «Неразрушающий контроль, основанный на регистрации температурных полей объекта». В работе [2] приводится отличающее от первого определение неразрушающего теплового контроля:
“Испытание материалов исследованием тепловых потоков (температурных полей). В отличие от технической диагностики термин относится к случаям, когда температура объекта контроля перед испытанием равна температуре окружающей среды, поэтому необходима тепловая стимуляция объекта”. В неразрушающем контроле (согласно работе [2]) различают два вида теплового контроля – активный и пассивный [2]. На рисунке 1 представлена функциональная схема теплового неразрушающего контроля. Активный и пассивный тепловой контроль широко применяются во многих отраслях промышленности. В энергетике активно применяется пассивный тепловой контроль.
Рисунок 1. Функциональная схема теплового неразрушающего контроля [2].
Активный тепловой контроль в основном предназначен для оценки однородности материалов и поэтому он широко используется в аэрокосмической промышленности и строительстве. В таблице 1 приведены общие термины теплового контроля.
Таблица 1. Общие термины теплового контроля.
Таблица содержит два определения. Пустые клеточки в последнем столбце таблицы означают, что определение отсутствует в нормативном документе. Надо отметить, что определения в работе [2] более точно соответствует физической сущности. Разделение теплового контроля на активный и пассивный условно. Однако оно отражает принципиальную разницу в обработке результатов измерений, так и в задачах, которые решаются. Отличие между активным и пассивным тепловым контролем точно такое же, как и отличие между понятиями неразрушающий контроль и техническая диагностика.
В энергетике применяются как контактные методы измерения температуры, так и не контактным методы. При измерении температуры неконтактными методами измеряются, как правило, характеристики инфракрасного излучения. Метод анализа тепловых полей посредством получения тепловых изображений получил название термография (см. таблицу 1). Инфракрасная термография, согласно определению, исследует тепловое излучение объектов. В энергетике часто используется понятие “инфракрасная диагностика”,жаргон – “тепловизионная диагностика”. Раскроем понятие “инфракрасная диагностика” с использованием таблицы 1 и работы [3]. Понятие “техническая диагностика” базируется на понятии техническое состояние. Эти понятия приведены в таблице 2. В описании параметров технического состояния в энергетике входит температура, вернее, максимально допустимый верхний предел температуры. Таким образом можно дать определение инфракрасной диагностики следующим образом. “Инфракрасная диагностика” оценка технического состояния посредством измерения характеристик инфракрасного (теплового ) излучения. ” Тепловизионная диагностика” это тоже самое, что и инфракрасная диагностика, но для измерения поля температур используется тепловизор (прибор фиксирующий изображение объекта диагностирования в инфракрасном спектре). В таблице 2 приведены выше определенные понятия.
Таблица 2.
2. Основные понятия теплофизики, используемые в тепловом неразрушающем контроле, описывающие на понятийном уровне распространения теплоты в пространстве
Для описания процессов распространения тепла используются следующие понятия: теплота, теплообмен, теплопроводность, конвективный теплообмен, лучистый теплообмен, теплоотдача, теплопередача, температура.
В основе построения основных понятий теплообмена лежит понятие теплоты. Понятие теплоты по-разному трактуется различными авторами. В книге [5] дается следующее определение теплоты: “Теплота, количество теплоты – энергетическая характеристика процесса теплообмена, измеряемая количеством энергии, которое получает (отдает) в процессе теплообмена рассматриваемое тело (или система)”. В других литературных источниках не дается точного определения теплоты, а вводится единица теплоты [6], в работе [4] понятие теплоты конкретизируется, например, удельная теплота, теплота парообразования и.т.д.
Выделяемая теплота распространяется в пространстве посредством теплообмена. Согласно [5] теплообмен – самопроизвольный необратимый процесс переноса энергии (в форме теплоты) в пространстве с неоднородным полем температур. В общем случае теплообмен может вызываться неоднородностью полей других физических величин. Различают конвективный теплообмен, лучистый теплообмен и теплопроводность. Теплообмен в неравномерно нагретой однородной среде получил название теплопроводность [5]. При этом среда, в которой происходит теплообмен, неподвижна.
Процесс переноса теплоты (точнее передачи энергии в форме теплоты) в неравномерно нагретой жидкой, газообразной или сыпучей среде, осуществляемый вследствие движения среды и ее теплопроводности получил название конвективный теплообмен [5].
Лучистый теплообмен- теплообмен между телами, осуществляемый ими вследствие испускания и поглощения электромагнитного излучения [5]. Теплообмен между твердыми и жидкими или газообразными средами называю теплоотдачей [6]. В работе [5] сужают понятие теплоотдача, предполагая одну из сред движущейся и поэтому приравнивая к ней понятие конвективная теплоотдача. Если два теплоносителя разделены между собой твердой перегородкой, то теплообмен между этими двумя теплоносителями получил название теплопередача [4]. Это определение по своему смыслу совпадает с определением работы [5].
Тепловое состояние системы характеризует температура. Температура является одним из параметров состояния. В условиях термодинамического равновесия температура характеризует интенсивность движения атомов, молекул и других частиц, образующих систему [5].
Рис 2 иллюстрируют взаимосвязь основных понятий в теплофизике. Каждое понятие, описывающий распространения тепла в пространстве, включает в себя параметры, характеризующие среду и скорость распространения тепла , содержит пласт знаний, используемый для построения физико-математических моделей процессов распространения теплоты (тепла) на основе уравнений математической физики.
Рис. 2. Понятийная структура, описывающая распространения тепловой энергии
Ниже приводится сводная таблица, содержащая основные понятия, необходимые для понимания процессов распространения теплоты.
Таблица 3.
3. Основные понятия, используемые в пассивном тепловом контроле.
При пассивном тепловом контроле температура (поле температур) контролируемого оборудования (объекта) измеряется контактным или бесконтактным методом . Неконтактные методы измерения температуры (поля температур) основаны на измерении излучения в инфракрасной области спектра. В основе этого метода контроля лежит тот факт, что спектральный состав и энергия инфракрасного излучения не зависит от свойств вещества, а зависит только от температуры. Таким образом понятийная структура пассивного теплового контроля должна включать в себя основные понятия о распространении и взаимодействии с веществом теплового излучения, основные понятия фотометрии., фотографии (нет принципиальной разницы в получении тепловизионных и фотографических изображений). Следует отметить, что основные понятия формируют смысловую структуру пассивного теплового контроля. Ниже приведена сводная таблица основных понятий фотометрии, используемых в пассивном тепловом контроле.
Таблица 4. Определения основных фотометрических величин.
В таблице 4 энергетическая светимость и плотность излучения (излучательность) эквивалентные понятия.
В таблице 5 приведены термины, характеризующая оптические свойства тел в инфракрасном спектре.
Таблица 5. Оптические свойства тел.
Литература
1.ГОСТ 25314-82 Межгосударственный стандарт, Контроль неразрушающий, Тепловой,
Термины и определения
2. Неразрушающий контроль. Справочник. т.5. Тепловой контроль. Книга 1. В.П. Вавилов., Москва, “Машиностроение”,2006 г.,687 с.
3. ГОСТ 20911-89 Межгосударственный стандарт. Техническая диагностика. Термины и определения.
4. Ч. Кухлинг.” Справочник по Физике”, М.,Мир, 1983 год,491 519 с,
5.Политехнический словарь, гл. ред. И.И. Арболевский, изд. “Советская энциклопедия”, 1976 г.,608 стр.
6.Дж. Робертс “Теплота и термодинамика”, Гос. изд. технико-теоретической литературы, М.-Л., 1950г.,592 стр.
7. М. А. Брамсон “Инфракрасное излучение нагретых тел”,Изд.”Наука”,М. 1955 г.
8. М.М. Гуревич Фотометрия. Теория, методы и приборы, Ленинград, Энергоатомиздат, Лен. отд., 1983 г.,267 стр.
9. ГОСТ 26148-84 Фотометрия. Термины. Определения.
10.ГОСТ 7601-78 Физическая оптика. Термины, буквенные обозначения и определения основных величин.
