表面溫度
關注創建者：Jasper_3357 創建時間：2021-03-19
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表面溫度的實例教程
控制人手可觸摸的表面的溫度，其本質是（ ）
答案是燙感。
我們之前講到過，可觸摸表面的溫度是體驗性熱設計目標，其溫度高 低通常并不影響電子產品功能，但影響體驗。因此，控制表面的溫度，實際上是在控制 體驗，溫度對應的體驗，就是燙感。
之所以提出這個問題，是因為不同物體的表面，即使溫度相同，其燙感體驗也不相 同。也就是說，兩個表面不同的電子產品，即使溫度控制的完全一致，其溫度體驗卻可 能差別很大。這與材料的密度、比熱容、導熱系數、材料表面形態、設備發熱情況等都 有關聯，影響機理還比較復雜。我會在后面的題目中詳細解釋。
在認可控制表面溫度的本質是控制燙感的前提下，當我們制定產品表面溫度設計目 標時，就得考慮前面提到的那些影響因素了。或者說，在設計的過程中，如果溫度無法 再被降低，我們還可以通過改變材料的這些特征來緩解燙感。對于已設定表面溫度目標 的一類產品，當由于產品更新換代，表面材料發生變化，為了維持相同的燙感，嚴格意 義上講，之前制定的溫度目標數值，也要做出調整。當材質導溫系數差別很大時，這一 調整幅度可能還很明顯，有時超過5℃。5℃聽起來不是一個很大的數字，但對于自然散 熱的智能終端而言，大多數產品要求在環境溫度為25℃時表面溫度控制在50℃以內， 這樣，表面溫升空間總共也就 25℃，要將表面溫度再降低 5℃，相當于散熱能力提升 20%，將基本意味著產品從硬件到結構的完全重新設計，是極其困難的。
展開 4.圍繞太陽的大氣溫度比太陽實際的表面溫度高。
太陽宏偉神秘的大氣叫做日冕，它實際的溫度是太陽表面溫度的600倍，對此目前科學仍然無法解釋。
5.澳大利亞的一個內陸小鎮曾經天上下魚。
當然不只是魚，曾經還有很多關于天空下蜘蛛、青蛙和其他動物的報道。科學家認為最合理的解釋是，這些動物是被海龍卷或者龍卷風吸走、運輸到了這些地方。
6.地球和他的小行星朋友分享它的軌道。
這個直徑1000英尺的小行星叫做2010TK7，它不是月亮，但它是我們地球家園的固定朋友，地球在它的后面圍繞太陽運轉。在大行星所屬軌道上運行的小行星被稱為特洛伊小行星。到目前為止，2010TK7是唯一一個已知的地球的特洛伊小行星。
7.委內瑞拉的一個湖面上空會出現連續不斷的閃電。
這個古怪的現象發生于卡塔通博河的入口處。這個地方有世界上獨一無二的閃電，它的起源是個謎，但是科學家認為可能跟這里的地形和風的模式有關。
8.有很多星球孤獨地漂浮在太空中，它們不屬于任何的星系。
科學家認為，這些小伙伴是在形成行星的早起階段就被星系所拋棄。現在，它們是孤獨的，我們應該給與同情。
9.太陽系里有一顆矮行星運轉速度很快，以至于它的形狀都扭曲了。
在離太陽32億到37億英里遠的地方，矮行星妊神星是太陽系里運行最快的行星，雖然它有冥王星那么大，但每四小時就能自轉一周，快速運行使得這個冰冷世界扭曲成了橢圓形。
10.雄性考拉有2個陰莖，雌性考拉有3個陰道。
大多數種類考拉的雄性有分叉陰莖——這意味著它們有兩個陰莖；雌性考拉有2個側面陰道，可以傳輸精液，還有1個中間陰道，它們的小孩就是通過中間陰道來到世界上。
展開 問題：
2018年12月實施的《IEC GUIDE 117 -- Electrotechnical equipment – Temperatures of touchable hot surfaces》標準中，也就是電子設備可觸摸熱表面溫度要求標準，對于可能超過8h觸摸時長的物體表面，最嚴格的溫度要求是多少？（ ）
答案是43℃。
這個問題的答案在標準原文中很容易查到，這里想提醒你需要特別注意的是，這一溫度值與表面材質無關。這似乎與我們前面說過的某些分析相悖。事實上，這并不矛盾。當接觸時間足夠長，熱源與人體皮膚將達成熱平衡，不同材質的燙感將趨于一致。2018年IEC推行的這個標準，根據表面材質不同、觸膚時間不同，劃分了多個等級。那些只可能被短時間觸摸的表面，其溫度要求與材質密切相關。如果你想了解詳細內容，可以自行閱讀這一標準。
這道題想表達的另外一層意思是，智能電子產品的形態和使用習慣演進很快，標準只存在有限的合理性。在上一道題中，我們討論過，由于人體不同位置的表皮厚度不同，相同溫度下不同位置的皮膚燙感差異很大。例如，VR產品佩戴在眼部，眼部表皮厚度更薄、對溫度更敏感；而手機通常由手部握持，手部表皮厚度更厚、對溫度不太敏感。因此，VR產品的溫度要求顯然應比手機更嚴格才算合理，但該標準并未做此區分。因此，可觸摸電子產品表面的溫度閾值標準有待進一步細化。
更深入去思考，電子設備的噪聲標準也存在類似的問題。VR、冷熱敷眼罩，甚至部分耳機，為了解決熱問題，需要引入風扇等發出噪音的部件。這些新興設備的噪聲標準，顯然不應與傳統的筆記本電腦、臺式機、服務器相同，但實際上，這些設備暫時并沒有統一的噪聲標準。我認為，隨著技術進步的加快，一些新興電子產品，可能會步入無標準時代，或多標準時代。
展開 1、結露的產生:
在一定的溫度和濕度條件下，物體的表面如果低于某個溫度值，空氣中就容納不了原有的水蒸氣，而迫使一部分水蒸氣在溫度低的物體表面凝結成水珠（露水）析出，這就是結露。此時的溫度就稱之為露點溫度。如果在寒冷的冬季，建筑物門窗的表面溫度低于了露點溫度，那就會產生結露現象。
案例說明：假使室外溫度為-18℃，室內溫度18℃，室內濕度60%（對北方的冬天來說這是個很普通的室內外環境），窗玻璃使用的是5mm+12A+5mm中空雙白玻，我們通過計算可以得到露點溫度為10.1℃。這就意味著如果此時窗體的表面溫度低于這個溫度，就會產生結露。
同時可以得到：當室外溫度為-18℃時，中空玻璃內片靠近室內一側的玻璃表面溫度僅為6.1℃，低于露點溫度4℃，所以此時在玻璃表面很容易結露。同時還可以看出窗框和玻璃的實測溫度都要低于計算得出的露點溫度，這說明這個房間已經達到了結露的條件，發生結露現象是正常的自然現象。
2結露的預防:
2.1材料方面:
（1）北方地區門窗的重點在于保溫性能，大幅降低門窗的K值，可以極大提高門窗的保溫性能，同時降低能源消耗，節省取暖費。首先采用有更好保溫性能的中空玻璃降低門窗的K值；其次使用Low—E玻璃可以在相同的環境下，提高玻璃的表面溫度。由計算得到：5mm+12A+5mmLow—E中空玻璃在室外溫度零下18℃的情況下的內側玻璃的表面溫度已經提高到114℃，已經高過5mm+12A+5mm中空雙白玻的露點溫度，當然不會有結露現象的發生。
（2）除使用Low—E玻璃外，還可以改變中空層中的空氣，將空氣改變為惰性氣體，現在普遍使用的是氬氣。通過計算5mm+12A（氬氣）+5mm中空玻璃在室外溫度—18℃的情況下的玻璃各表面溫度。可以得到，內側玻璃的表面溫度還是有所提高的。
展開 鑒于紅外熱像法在焊縫缺陷檢測中的應用還很少見，故本文以氣孔缺陷為研究對象，利用workbench建立焊縫氣孔缺陷的紅外熱像檢測三維瞬態熱力學分析模型，從缺陷定性和定量分析的角度，研究激勵方式及激勵參數的選取對焊縫缺陷表面溫度的影響規律，為實際工程應用中焊縫缺陷的紅外熱像檢測提供可靠的檢測依據。
建模以及劃分網格
采用脈沖激勵方式，主要分為兩個過程，主動加熱和自然冷卻過程，持續時間為5s。
主動加熱過程：在0~0.02s內，對試件缺陷表面連續施加熱流密度為40000W/m2的脈沖熱流，脈沖寬度為20ms，由于脈沖時間較短，為了提高求解精度故應設置較小的載荷子步，此處設步長為0.0004s。自然冷卻過程：在0.02~5s 內，刪除脈沖熱流載荷，此時試件表面與環境空氣之間產生對流作用，由于對流時間相對較長，溫度變化較為緩慢，故載荷子步步長設為0.1s即可。結果如圖所示：
利用ANSYS Workbench瞬態熱力學模塊對整個熱波檢測過程進行了模擬，記錄了0~5s內試件表面的溫度場變化。不同時間區間獲取的脈沖紅外序列圖像如圖所示。圖中顯示了不同深度的缺陷表面溫度隨時間的變化，由于脈沖時間極短，能量較大，因此試件表面溫度上升比冷卻速率快。隨著時間的推移，熱波在試件內傳播并擴散到環境中，試件表面溫度在5秒時趨于平衡。
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模型驗證表明：電池表面溫度計算與實驗結果高度吻合(決定系數R2 > 0.9)。該模型為儲能系統安全設計提供了重要手段工具。
挑戰/需求
圖2. 熱失控產熱驅動電解液沸騰；(a) 三維溫度分布；(b)電解液沸騰界面與熱失控前鋒面
儲能磷酸鐵鋰電池熱失控期間存在電解液沸騰吸熱行為，電池內部傳熱復雜。阻礙了高安全電池的設計。
這意味著即使在傾斜的觀察角度下，它也能獨立于反射準確測量玻璃表面的真實溫度。
設備搭載了382×288像素的非制冷微測輻射熱計探測器，擁有17μm的最佳像素間距。這種設計不僅保證了長波紅外輻射的高質量成像，還允許極小的測量視場（MFOV僅為3×3像素），確保了對微小目標的精確捕捉。
在實際運行的電池包中，電芯表面溫度會動態變化。冷卻液在不同溫度域下的流變動力學響應，關乎其消除"局部熱點"的能力。
▲ 圖9 剪切速率為50 s?1時溫度對純冷卻液與納米流體剪切應力的影響：（a）氧化銅；（b）氧化鋁
溫度程序掃描揭示了強烈的溫度依賴性：隨著系統溫度升高，納米流體的剪切應力與表觀粘度均呈現出顯著的指數級非線性衰減。
這意味著即使在傾斜視角下，也能獨立于反射，準確測量表面溫度。
此外，17μm 的最佳像素間距設計，使其能夠對僅覆蓋 3x3 像素的微小目標進行精確測量。配合優質的大尺寸光學元件，確保了整個圖像的高清晰度、低失真和均勻衰減。
革命性的線掃描功能
PI 640i G7 徹底革新了玻璃行業的線掃描概念。
它突破了傳統長波紅外的限制，專門針對熱金屬、鋼鐵、陶瓷和半導體等“難以測量”的物體進行非接觸式表面溫度成像。憑借其緊湊堅固的設計和自主運行能力，Xi 1M能夠在無需額外硬件的情況下，為工業制造過程提供精確、可靠的熱數據。
在仿真案例中，將一個簡單的球體放置在典型的硅材料太陽能電池板上方，指示了穩態下到達板面的熱流密度以及表面的溫度分布。這里不考慮電池板表面的自由對流，僅研究輻射效應。
目標
觀察由于一個發熱物體的輻射作用，太陽能電池板上的熱流密度和溫度分布。
步驟
1.
高發射率匹配： 在短波范圍內，絕大多數金屬材料的發射率顯著高于長波范圍，這使得PI08M能夠更可靠地捕捉金屬表面的真實溫度。
抑制激光干擾： 在NIR（近紅外）和CO2激光加工環境中，短波設計能有效避開激光波長的干擾，確保熱圖像的純凈度，為工藝分析提供準確依據。
戶外金屬表面溫度可達60℃以上，與UV輻射形成疊加效應，且30-45℃區間的加速作用比45-60℃更顯著。
3、材料差異
碳鋼在含Mg2?、K?環境中腐蝕更快，南沙海域高溫、高UV與鹽離子共同作用使其腐蝕等級極高。鋁合金易發生點蝕，NaCl與SO?協同加速腐蝕，UV則促進臭氧生成加劇氧化。鋅合金表面致密層易被Cl?破壞，UV暴露會提升其腐蝕速率。
無論是熔融的金屬還是高速移動的鋼坯，PI 1M都能提供比長波熱像儀更準確、更可靠的表面溫度數據。
1kHz極速響應：捕捉瞬息萬變的熱過程
“快”是Optris PI 1M重新定義工業監控的核心所在。在高速生產線或快速熱變化的工藝中，普通熱像儀的幀率往往難以跟上節奏，導致漏掉關鍵的溫度異常。
這個問題的答案在標準原文中很容易查到，這里想提醒你需要特別注意的是，這一溫度值與表面材質無關。這似乎與我們前面說過的某些分析相悖。事實上，這并不矛盾。當接觸時間足夠長，熱源與人體皮膚將達成熱平衡，不同材質的燙感將趨于一致。2018年IEC推行的這個標準，根據表面材質不同、觸膚時間不同，劃分了多個等級。那些只可能被短時間觸摸的表面，其溫度要求與材質密切相關。
