Гражданска авиация

3.2. ОБМЕН НА ТОПЛИНА МЕЖДУ ЧОВЕШКОТО ТЯЛО И

Човек в трудовия процес е постоянно в състояние на термично взаимодействие с околната среда. Топлообменът на човешкото тяло с околната среда се състои във връзката между образуването на топлина в резултат на жизнената дейност на организма и връщането или получаването на топлина от външната среда. Интензивността и естеството на топлообмена между човек и околната среда зависят от микроклиматичните условия на производствените помещения, производството на топлина на човешкото тяло, функционалното състояние на тялото и преноса на топлина от дълбоко разположените тъкани към кожата.

Количеството топлина, генерирано от човешкото тяло, зависи от степента на неговия физически стрес и параметрите на микроклимата в производственото помещение и е 85 W в покой, увеличавайки се до 500 W по време на тежка физическа работа.

Топлопредаването от човешкото тяло към околната среда се осъществява по следните начини: в резултат на топлопроводимостта през дрехите (Qt); телесна конвекция (Qc), излъчване върху околната среда­повърхности (Qs), изпаряване на влагата от повърхността на кожата (Qs), както и поради нагряване на издишания въздух (Qs).

Топлопроводимост(Qт) представлява трансферът на топлина поради­произволно (термично) движение на микрочастици (атоми, молекули или електрони) в пряк контакт помежду си. Топлината може да се предава само от тяло с по-висока температура към тяло с по-ниска температура. Интензивността на топлообмена зависи от температурната разлика между телата и топлоизолационните свойства на облеклото.

Топлопредаването чрез топлопроводимост може да бъде описано чрез уравнението на Фурие:

, (3.7)

- коефициент на топлопроводимост на човешките дрехи, W/(m. ° С);

- дебелина на облеклото на човек, m;

- ефективна повърхност на човешкото тяло;

- температура на телесната повърхност, ºС;

- околна температура, K.

Тъй като температурата на човешкото тяло е почти постоянна (36,5 ° C), промяната в връщането на топлината от човека се случва главно поради промяната в околната температура. И когато температурата на въздуха или околните предмети е по-висока от 36,5 ° C, човешкото тяло се нагрява. Човешкото облекло има топлоизолационни свойства: колкото по-топло е облеклото, толкова по-малко топлина се отделя от човека за околната среда.

Чрез конвекция (Qда се) се нарича пренос на топлина поради движението и смесването на макроскопични обеми газ или течност. Интензивността на топлообмена е пропорционална на повърхността на тялото, разликата в температурата между тялото и околната среда и скоростта на движение на въздуха.

Количеството топлина, предадено на околния въздух кон­векция (Qда се,W), с непрекъснат процес на пренос на топлина, той може да се изчисли съгласно закона на Нютон за пренос на топлина, който за непрекъснат процес на пренос на топлина се записва във формата:

- коефициент на топлопреминаване чрез конвекция; с нормални параметри на микроклимата ak = 4,06 W/(m 2 . ° C).

Стойността на коефициента на топлопреминаване чрез конвекция може да бъде приблизително определена като ak = л / г къде л - коефициент на топлопроводимост на граничния слой газ, W/(m . ° С); d - дебелина на граничния слой на измиващия газ, m;

- ефективна повърхност на човешкото тяло (размерът на ефективната повърхност на тялото зависи от позицията му в пространството­е приблизително 50. 80% от геометричната външна повърхност на човешкото тяло); за практически изчисления Fe= 1,8 m 2;

- телесна температура, ° С;

- околна температура, ° С.

Топлинна радиация (Qна) Процесът на разпространение на електромагнитни трептения с различни дължини на вълните,­уловени от топлинното движение на атоми или молекули­тяло. Топлопредаването чрез инфрачервено лъчение се извършва по посока на повърхности с по-ниска температура. Количеството топлина, предадено по този начин, се определя от закона на Стефан-Болцман. Според този закон специфичната мощност на излъчване с повишаване на температурата на излъчващото тяло се увеличава пропорционално на 4-та степен на неговата абсолютна температура. За да се характеризира топлопредаването чрез излъчване между две излъчващи повърхности, се приема следното уравнение

- намалена емисионност, W/(m 2 K 4);

- площ, излъчваща лъчист поток, m 2;

- коефициенти­коефициент на облъчване, в зависимост от местоположението и размера на­повърхности Fедин и F2 и показваща частта от лъчистия поток, падащ на повърхността F2 от общия поток, излъчен от­hnost Fедин;

- средните температури на повърхността на човешкото тяло и повърхностите около него, съответно, K.

За практически изчисления в температурния диапазон на обекти около човек от 10,60 ° C намалената емисионност Cp = 4,9 W/(m 2 K 4). Фактор на облъчване - Y1-2 обикновено се приема­равен на 1,0.

Колкото по-висока е температурата на топлинните източници, толкова по-висока е топлинната мощност от излъчване. Скоростта на движение на въздуха не влияе на преноса на топлина от радиация, тъй като въздухът е термично прозрачен за инфрачервено лъчение. Топлопредаването чрез инфрачервено лъчение в индустриални условия е 43,8 ... 59,1% от общия топлообмен в покой в ​​комфортни метеорологични условия.

Важно място в топлообмена между работника и околната среда е отделяне на топлинаизпаряване на влагата (Въпрос:и) от повърхността на човешкото тяло. Количеството топлина, отделяно от човек в околната среда при изпаряване на влагата, извадени на повърхността от потните жлези,

- маса на отделената и изпарена влага, kg/s;

- латентна топлина на изпарение на отделената влага, J/kg.

Количеството влага, отделено от повърхността на човешката кожа, в зависимост от температурата на въздуха и физическата активност на човек, е дадено в табл. 3.2. Както се вижда от таблицата, количеството отделена влага варира значително.­дела. И така, при температура на въздуха 30 ° C при човек, който не се занимава с физически труд, отделянето на влага е 2 g/min и когато­се увеличава до 9,5 g/min при тежка работа.

Количеството топлопреминаване чрез изпаряване на влагата се влияе не само от температурата, но и от влажността и подвижността на околния въздух. Най-важното хигиенно значение е т.нар физиологичен дефицит на влага, което е разликата между максималната влажност при температурата на кожата и абсолютната влажност на въздуха. Тази стойност характеризира възможността за насищане на въздуха при определени условия с водна пара, когато влагата се изпарява от повърхността на кожата и горните дихателни пътища. Колкото по-голям е физиологичният дефицит на влага, толкова по-голямо е изпарението, толкова по-висок е топлообменът по този начин.

Количеството влага, отделено от повърхността на кожата

и от белите дробове на човека, g/min

Описание на извършената работа (според N.K. Witte)

Температура на въздуха, ˚С

Лесно, J = 200 W

Средна тежест, J = 350 W

Тежка, J = 490 W

Много тежко, J = 695 W

*J - интензивността на човешкия труд, W.

Изпаряването на 1 g влага изисква около 0,6 kcal. Подвижността на въздуха благоприятства отделянето на топлина чрез ускоряване на влагата от повърхността на тялото.

Делът на изпаренията в покой в ​​комфортни метеорологични условия възлиза на 21,7 ... 29,1% от общия топлообмен от човек.

В процеса на дишане въздухът на околната среда, попадайки в белодробния апарат на човека, се нагрява и в същото време се насища с водни пари. При техническите изчисления може да се приеме (с разлика), че издишаният въздух има температура 37 ° C и е напълно наситен.

количество топлина, изразходвана за отопление инхалационен вагон­дух,

- обемът въздух, вдишван от човек за единица време­нито „белодробна вентилация“, m 3/s;

- плътността на вдишвания влажен въздух, kg/m 3;

- специфичен топлинен капацитет на вдишвания въздух, J/(kg. ° С);

- изтичаща температура на въздуха, ° С;

- темпо­Температура на вдишвания въздух, ° С.

"Белодробна вентилация" се определя като продукт на обема на вдишвания въздух на дъх, Vв, m 3 на честота на дишане в секунда н: Vlv = Vвн. Честотата на дишане на човек е променлива и зависи от състоянието на тялото и неговата физическа активност. В покой е 12,15 вдишвания в минута и при тежки физически­физическото натоварване достига 20. 25. Обемът на едно вдишване-издишване е функция на извършената работа. В покой, при всяко вдишване, около 0,5 литра въздух навлиза в белите дробове. При извършване на тежка работа обемът на вдишване-издишване може да се увеличи до 1,5. 1,8 л.

Средната стойност на белодробната вентилация в покой при­приблизително 0,4. 0,5 l/s, а по време на физическо натоварване, в зависимост от неговото напрежение, може да достигне 4 l/s.

В реални условия топлината се пренася не по някой от горните методи, а по комбиниран. Посока на топлинния поток Въпрос:на, Въпрос:да се,Въпрос:т може да бъде от човек до въздуха и предмети, заобикалящи човек и обратно, в зависимост от това какво е по-високо - температурата на тялото на човека или околния въздух и предмети.

В индустриални условия, когато температурата на въздуха и околните повърхности е по-ниска от температурата на повърхността на кожата, преносът на топлина се извършва главно чрез конвекция и радиация. Ако температурата на въздуха и околните повърхности е еднаква или по-висока от температурата на кожата, преносът на топлина е възможен само чрез изпаряване на влагата от повърхността на тялото и от горните дихателни пътища, ако въздухът все още не е наситен с водна пара.

Най-доброто термично благосъстояние на човек ще бъде, когато състоянието топлинен баланс, тези. когато разсейването на топлината (Въпрос:телевизия) на човешкото тяло са напълно отдадени на околната среда (Въпрос:тогава):

Излишното отделяне на топлина от тялото при пренос на топлина в околната среда (Въпрос:телевизия> Qтогава) води до нагряване на тялото и до повишаване на температурата му - човек става горещ. Напротив, излишъкът от пренос на топлина над отделянето на топлина (Въпрос:телевизия 85%) пречи на топлообмена­изчакване на човешкото тяло и външната среда поради­изпаряване на влагата от повърхността на кожата и ниска влажност (φ