Определение скорости движения воздуха кататермометром

Скорость движения воздуха в помещениях, а также охлаждающую способность воздуха (мкал/см²·с) определяют кататермометром, который напоминает спиртовой термометр с цилиндрическим, либо шаровым резервуаром. В цилиндрическом кататермометре на шкалу нанесены деления от 35 до 38 °С. Шаровой кататермометр имеет температурную шкалу от 33 до 40 °С.

Каждый кататермометр за время опускания столбика спирта с 38 до 35 °С теряет с 1 см² поверхности резервуара определенное, постоянное для каждого прибора количество тепла, характерное именно для этого прибора. Эта величина называется фактором (F). Она указана на тыльной стороне прибора и выражается в милликалориях (мкал).

При определении скорости движения воздуха резервуар кататермометра погружают в горячую воду (60…80 ^оС) и держат до тех пор, пока спирт не заполнит примерно половину верхнего расширения капилляра. При этом следят, чтобы в резервуаре и капилляре не было паров спирта в виде пузырьков. Затем резервуар вытирают, и прибор подвешивают на месте исследования. Резервуар кататермометра будет постепенно отдавать тепло во внешнюю среду путем излучения и конвекции. При охлаждении прибора спирт из верхнего расширения переходит в резервуар. По секундомеру определяют время, в течение которого столбик спирта опустится с 38 до 35 ^оС. Исследования повторяют пять раз и вычисляют среднее время охлаждения. Данные первого измерения, как наименее точного, отбрасывают и из оставшихся четырёх измерений выводят среднюю величину. Путем деления величины фактора прибора (F) на среднее время охлаждения (А) получают величину теплоотдачи с 1 см² резервуара кататермометра в секунду (мкал / см² · с). Эту величину называют охлаждающей способностью воздуха, зависящей от совместного действия температуры, влажности и скорости движения, или индексом кататермометра (Н), и определяют по формуле:

Н = F /А (5)

Зная катаиндекс, можно вычислить скорость движения воздуха по формуле Хилла:

, (6)

или формуле Вейса:

, (7)

Чтобы правильно выбрать формулу, необходимо определить отношение Н/Q, где Q – разность между средней температурой кататермометра (36,5 ^оС) и температурой окружающего воздуха в момент определения. Чтобы исключить влияние возможных колебаний температуры воздуха на точность результатов Q вычисляют по формуле:

, (8)

где Т₁- температура воздуха в начале опыта, °С;

Т₂- температура воздуха в конце опыта, °С.

Если отношение Н/Q меньше 0,6 (скорость движения воздуха менее 1 м/с), расчет ведут по первой формуле Хилла (6), если Н/Q больше 0,6 – по формуле Вейса (7).

Можно определить скорость движения воздуха, не прибегая к расчетам формул, а пользуясь таблицей и взяв за основу величину Н/Q (Приложение Б).

Шаровым кататермометром можно также определить охлаждение в интервалах от 40 до 33 ^оС и от 39 до 34 ^оС. Интервалы температуры выбирают такие, чтобы полусумма верхнего и нижнего значений составляла 36,5 °С. В этом случае расчет охлаждающей способности воздуха ведется по формуле:

, (9)

где Ф – константа кататермометра, показывающая количество тепла в милликалориях, теряемое с 1 см² поверхности резервуара при падении температуры на 1°С, равная F/3 , мкал/см² ∙ град;

Т₁ и Т₂ – верхний и нижний пределы шкалы кататермометра, между которыми учитывается время охлаждения °С;

А – время охлаждения, с.

Пример. Допустим, что кататермометр охлаждается от 39 до 34°С. Среднее время охлаждения 75 с. Средняя температура воздуха во время опыта – (19,5 + 19,7)/2 = 19,6 °С.

Q = 36,5 – 19,6 = 16,9 °С.

Фактор кататермометра (F) равен 645. Тогда охлаждающая способность воздуха составит:

Н = 645/3×(39 – 34)/75 = 14,33 мкал/см²·с.

Значение Н/Q = 14,33/16,9 = 0,85.

Пользуясь таблицей “Вычисление скорости движения воздуха шаровым кататермометром” (приложение Б) находим значение скорости движения воздуха, которое составит 2,08 м/с.