62518 (Климатические воздействия и их характеристики. Радиационные воздействия их характеристика)

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский государственный университет информатики и

радиоэлектроники

Кафедра РЭС

РЕФЕРАТ

на тему:

«Климатические воздействия и их характеристики. Радиационные воздействия их характеристика»

МИНСК, 2008

Климатические воздействия и их характеристики

Климатические воздействия при эксплуатации РЭСИ подразделяют на естественные и искусственные. Естественные климатические воздействия определяются погодными условиями, включающими температуру, влажность, ветер, атмосферное давление и др. Искусственные климатические воздействия создаются вследствие функционирования РЭСИ и расположенных рядом объектов.

Формирование естественных климатических воздействий

При составлении технических условий на РЭСИ, а также программы и методики испытаний естественные климатические воздействия, обычно называемые климатом, учитывают в виде усредненных климатических факторов в тех или иных частях земной поверхности за продолжительный период времени. Формирование климата на определенной территории происходит под влиянием радиационного процесса, циркуляции атмосферы и влагооборота, определяющих тепловой и водный баланс поверхности Земли в природной географической среде.

Радиационный процесс характеризуется распределением радиационного баланса R, учитывающего приход/расход энергии солнечной радиации. Составными частями радиационного баланса являются прямая (Q) и рассеянная (q) солнечная радиация, а также эффективное излучение (Е) Земли, под которым понимают разность противоположно направленных потоков излучения земной поверхности и атмосферы. Отношение отраженной энергии солнечной радиации к падающей характеризуется числом к, называемым «альбедо» и выражаемым обычно в процентах. Уравнение радиационного баланса:

R=(Q+q)∙(α-1)∙E(1)

На основании многочисленных исследований радиационных процессов в отдельных районах Земли разработаны мировые карты составляющихрадиационного баланса. Установлено также, что солнечная суммарная радиация при безоблачном небе имеет сравнительно устойчивые среднемесячные суточные значения, которые определяются в основном широтой местности и временем года.

Рисунок 1 Среднемесячные суточные значения суммарной солнечной радиации при безоблачном небе в зависимости от широты местности и времени года (I-XII- месяцы года)

Суточный ход и часовые суммы солнечной радиации зависят от места расположения климатической области и характерных для нее погодных условий. Изменение солнечной радиации оценивается отношением ее максимального значения к минимальному и выражается в процентах. Наименьшее изменение суточных сумм радиации наблюдается в пустынных районах Земли. Наибольшее различие между максимальным и минимальным значениями солнечной радиации имеет место в прибрежных районах умеренных широт в связи с частой переменой погодных условий. Наличие паров воды и пыли в воздухе существенно уменьшает интенсивность солнечной радиации.

Циркуляция атмосферы — это перемещение воздушных масс (течений с различным содержанием теплоты и влаги), а также изменение их свойств, сопровождающееся образованием поверхностей раздела между разными воздушными массами. Основные причины общей циркуляции атмосферы — неодинаковое нагревание Солнцем поверхности Земного шара и вращение Земли. Кроме того, на общую циркуляцию атмосферы влияет изменение ландшафта поверхности Земли, вызывающее постоянно действующие турбулентные потоки отраженного тепла, которые приводят к изменению температуры и плотности воздуха в тропосфере.

Влагооборот — это ряд последовательных физических процессов, происходящих с водой (испарение, конденсация, образование облаков, выпадение осадков), а также перенос влаги. Влагооборот определяет континентальность климата и зависит от неравномерности нагревания Солнцем суши и океана, наличия циркуляции воздушных масс и изменения ландшафта.

Влагооборот между сушей и океаном называют внешним, а в пределах ограниченной территории — внутренним.

Рисунок 2 Внутренний влагооборот на ограниченной территории

Внутренний влагооборот (рисунок 2) определяется количеством внешней влаги (К), которая частично выпадает на территорию в виде осадка O, а частично выносится за ее пределы атмосферным стоком C_a. Часть выпавших осадков O_и испаряется, а часть образует поверхностный сток С_п. При гидрометеорологических наблюдениях измеряют количество выпавших осадков и испарившейся влаги. Остальные составные части влагооборота не учитывают.

Одним из основных процессов влагооборота является испарение, которое зависит от радиационного баланса (энергетических ресурсов) и увлажнения поверхности Земли. С увеличением широты местности и снижением солнечной радиации испарение уменьшается.

Характеристика климатических факторов

Температура - один из наиболее важных климатических факторов. Для различных климатических поясов Земли она колеблется от -75 до +50 °С. Однако большое число изделий работает в условиях нагрева (до 500 °С и выше) или охлаждения (-100 ºС и ниже) их элементов. Тепловое воздействие может быть стационарным, периодическим и непериодическим. Установившийся режим теплообмена как внутри изделия, так и изделия с внешней средой создает стационарное тепловое воздействие. Периодическое тепловое воздействие происходит при повторно-кратковременной работе изделий, суточном изменении температуры окружающей среды, регулярном солнечном облучении и т.д.; непериодическое тепловое воздействие вызывается единичными или сравнительно редкими случайными действиями тепла и холода.

Изменение температуры окружающей среды может изменить физико-химические свойства материалов. При повышении температуры ускоряется развитие некоторых дефектов в материалах, понижающих прочность соединений конструкций, ухудшаются функциональные и электрические характеристики изделий. При одновременном воздействии тепла и механических нагрузок многие материалы легко деформируются. У ряда материалов при нагреве происходит химическое разложение и ускоряется старение, что приводит к изменению их характеристик.

В зонах с холодным климатом могут быть резкие колебания температуры изделий, вызываемые их нагревом в период работы и охлаждением после выключения. При резком изменении окружающей температуры на поверхности и внутри изделия конденсируется влага. Периодические расширения и сжатия, соприкасающихся металлических и пластмассовых деталей могут вызывать нарушение герметичности изделия и разрушение деталей. Резкие колебания температуры приводят к разрушению паяных, сварных, клепаных и других соединений, отслоению и растрескиванию покрытий, появлению утечки наполнителей.

Влажность - один из наиболее опасных воздействующих климатических факторов. Она ускоряет коррозию материалов, изменяет электрические характеристики диэлектриков, вызывает тепловой распад материалов, гидролиз, рост плесени и многие другие механические повреждения изделий.

Воздействие влажности на изделия существенно зависит от свойств воды, которая может находиться в трех состояниях: жидком, твердом (лед) и газообразном (пар). В жидком состоянии вода характеризуется следующими основными физическими параметрами: плотностью, вязкостью и поверхностным натяжением. При увеличении температуры от 20 до 100°С значения всех перечисленных факторов уменьшаются: плотность от 0,998 до 0,985 г • см^-1; вязкость от 10 до 2,5 Па • с; поверхностное натяжение от 76 • 10³ до 60 • 10³ Н • см^-1. Абсолютно чистой воды в природе не бывает. Она представляет собой химически активное соединение, легко вступающее в реакции со многими веществами.

Для характеристики содержания водяного пара в воздухе и других газах, т.е. оценки влажности, пользуются следующими основными параметрами:

1) Абсолютная влажность, под которой понимают выраженную в граммах массу водяного пара (МВ.П.., г), содержащегося в единице объема (V,м³) влажного воздуха:

E=M_в.п./V(2)

В большинстве случаев абсолютную влажность воздуха выражают давлением упругости водяною пара (парциальным давлением p_в._п.), содержащегося в воздухе, т. к возникает сложность определения массы водяного пара. Упругость водяного пара выражают в единицах давления (в паскалях, в миллиметрах ртутного столба или в миллибарах).

2)Влагосодержание d, т.е. отношение массы водяного пара к массе сухого воздуха (газа), в том же объеме:

d=М_в._п/М_с._в. (3)

При этом d пропорционально барометрическому давлению и является функцией только парциального давления пара.

3)Температура точки росы, т.е. температура, которую будет иметь влажный воздух (газ), если охладить его до полного насыщения по отношению к плоской поверхности воды.

4)Относительная влажность φ - отношение давления p_в._п. водяного пара, содержащегося в воздухе, к давлению p_н._пt⁰ насыщенного пара при данной температуре или отношение действительной влажности Е к максимально возможной Е_н при данной температуре. Относительная влажность выражается в относительных единицах (φ=Е/Е_н≤1) или в процентах (φ ≤100%).

Относительная влажность характеризует степень насыщения газа водяным паром.

Влажность воздуха следует рассматривать во взаимосвязи с другими параметрами, характеризующими состояние газа (давлением, температурой, плотностью). При постоянной относительной влажности абсолютная влажность является функцией температуры.

Атмосферные конденсированные осадки, такие, как роса, иней, изморозь и гололед, оказывают существенное влияние на различные изделия; для оценки атмосферных конденсированных осадков рекомендуется пользоваться такими характеристиками, как толщина отложения, плотность осадков, продолжительность воздействия и ряд других.

Если температура падает ниже точки росы, при которой абсолютная влажность равна 100%, и содержащийся в воздухе водяной пар достигает состояния насыщения, то выпадают осадки в виде воды, снега, росы, инея, тумана.

Осадки воздействуют своей механической энергией, понижают температуру изделий, повышают влажность.

Наличие осадков и тумана обычно ухудшает условия работы изделий. Осадки и туман действуют на материалы и изделия так же, как и повышенная влажность воздуха. Влага, оставшаяся на изделии после дождя, может способствовать коррозии металлов, так как в дождевой воде содержится некоторое количество растворенных кислот и солей. Резкие перепады температур, возникающие при внезапном выпадении дождя на разогретые солнцем поверхности изделии из керамики или стекла, могут привести к их растрескиванию.

Особенно сильное разрушающее воздействие на изделия могут оказывать морская вода и морской туман, резко ускоряющие коррозию вследствие содержащихся в них солей хлора, магния и других элементов. Туман с капельками морской воды также усиливает коррозию металлов и может ухудшить электрические свойства изоляционных материалов.

Интенсивно протекает коррозия металлов, вызываемая попаданием на них морской воды в виде брызг, а также при периодическом его погружении в морскую воду. В связи со свободным доступом кислорода воздуха коррозия в этих условиях идет значительно быстрее, чем при постоянном погружении изделия в воду.

Примеси в воздухе. Примеси в воздухе могут вызывать нарушения функционирования электрических элементов, изменять режимы теплообмена, вызывать механические повреждения (пыль, песок), усиливать коррозионные процессы и т.п.

Пыль - смесь твердых частиц в воздухе. Естественная пыль состоит из космической и земной частей. В свободную атмосферу осаждается 120 - 150 мм пыли за 100 лет. Техническая пыль образуется при сжигании топлива, износе и обработке деталей. Технической пыли осаждается на два порядка больше, чем естественной. Серьезную проблему представляют для больших городов дымовые газы, содержащие в сравнительно больших количествах серу, из которой образуются в итоге сернистая и серная кислоты, соединения фтора, пары ртути и другие активные вредные химические соединения.

Неорганическая пыль представляет собой частицы, имеющие форму пластинок, иголочек, круглых чешуек, размеры которых в среднем колеблются от 5 до 200 мкм. В состав неорганической минеральной пыли в основном входят кварц, полевой шпат, а также иногда слюда, хлориды и доломиты.

Частицы пыли, имеющие острые грани, могут быть абразивными, а иногда и гигроскопичными.

Органическая пыль представляет собой споры растений, плесневые грибы, бактерии, частицы волокон шерсти и хлопка, мельчайшие остатки насекомых и растений. В городах органическая пыль содержит около 40 % веществ, состоящих из сажи и смол. Особенностью органической пыли является ее способность при наличии влаги служить хорошей питательной средой для развития плесени.

Помимо пыли в воздухе содержатся дым и индустриальные газы. Мельчайшие частицы дыма способны достигать высоты более 5.000 м и перемещаться на большие расстояния. Дымовые газы индустриальных предприятий содержат углерод, смолы и значительный процент золы (до 90%). Наиболее вредными и распространенными составными частями дымовых газов являются сера и ее соединения (в частности, сернистый ангидрид SO2).В воздухе сернистый ангидрид окисляется, превращаясь в серный ангидрид SO₃, который, соединяясь с водой, образует сернистую кислоту Н₂SО₃ и серную кислоту Н₂SО₄. Разрушающим действием характеризуются угарный газ СО, ненасыщенные углеводороды (этилен С₂Н₄, ацетилен С₂Н₂ и др.), хлор Сl₂, соединения фтора, паров ртути и другие.