1引言
产品及部件的性能一般受其内部温度的影响与制约,而内部温度则决定于其自身所产生的热量和周围的环境条件。不论何时,当产品及其周围环境形成的系统中存在温度梯度时,则其间就存在热传输过程。本部分包括低温和高温试验,带温度突变试验和温度渐变试验,散热试验样品和非散热试验样品
试验设备为(箱或室)可用有强迫空气循环的和无强迫空气循环的高温和低温设备。1.1基准环境条件
产品将来工作的实际环境条件往往是不能准确地预知,也不能准确地规定的。所以,在设计、制造或试验时一般不可能用实际环境条件作为依据。因此,有必要考虑下列诸因素并规定一些常用的基准环境条件。
1.2非散热的产品
若环境温度均匀不变、产品内又不产生热时,则热流方向是:环境温度较高时,热由周围空气传入该产品;反之,若产品温度较高,则热由产品传入周围空气。这种热传输过程将不断进行,直到产品所有各部分的温度均达到周围空气温度时止。此后,除非环境温度有所改变,热的传输过程将停止。这种情况下,确定基准环境温度是简单的,唯一的条件是它应当均匀分布而且恒定。但当产品达不到周围空气温度时,基准环境温度的确定就较为复杂,这时应考虑采用下面1.3（散热产品）的结论。
1.3散热的产品
如产品内有热产生,但没有热传输到周围空气中,则产品温度将不断上升。实际上,产品所产生的热是不断向周围环境空气发散的,最后,产品所产生的热与耗散在周围冷却空气中的热相平衡,使产品温度达到稳定。只有当环境温度上升(或下降)时,产品内部的温度才会随着进一步的上升(或下降),直至达到新的平衡为止。
对于这种情形,基准环境温度应这样来确定,使能得到简单而又重现得好的热传输条件。由于热传输是由对流、辐射和传导三种不同方式来进行的,所以必须对每一种方式分别而又同时获得明确的规定条件。
若是多个试验样品在同一试验箱进行高温试验时，就应保证所有试验样品都处在同一环境温度下，并具有相同的安装条件。但在进行低温试验时,则没有必要区分单个试验样品和多个试验样品时的情况。
1.4环境温度
通常产品使用者要求了解产品工作时所允许的环境温度的最大值和最小值,而且为了试验目的,对此也应作出规定。
由于热传输是和温度梯度相关联的,故产品周围介质的温度必然时刻在变化,这给确定“环境温度”带来一定困难。因此对“环境温度”应专门予以定义。
1.5表面温度
对产品性能起主要影响的是其本身的温度。所以参照试验样品表面上甚至其内部一些关键点的温度来进行监控和调节试验设备是适宜的。2不同试验规程的依据2.1传热原理
2.1.1热对流
2.1.1.1在试验箱内进行试验时,对流散热在散热试验样品热交换中占有极重要的部分。
热从试验样品表面传递到周围空气中去的传热系数,受周围空气速度的影响。空气速度愈高,则热交换的效率也愈高。因此,在环境温度相同时,空气速度愈高,试验样品表面温度就愈低。
气流除影响任一位置上试验样品的表面温度外,还影响试验样品表面上的温度分布。 2.1.1.2对不同的气流速度和气流方向来说,在试验样品表面温度及温度分布之间不存在任何简单关系。同样明显的是,如果要使试验符合实际条件,试验时就要对试验箱规定某一特定的气流速度和气流方向,这将涉及到试验箱设计方面的许多问题。为了便于把试验结果与实际的环境条件比较,有必要规定一个清晰的、能重现的试验条件,这就导致“自由空气条件”的使用。
2.1.1.3“白由空气条件”使用无限空间内的空气条件。此时,在该空间内空气运动仅受散热试验样品本身的影响,由试验样品辐射的能量在该空间内吸收。因此,试图在试验箱中重现自由空气条件的试验是不切实际的，采用自由空气条件,通常并不导致使用价格高昂或者不切实际的大型试验室。既然自由空气条件有某些技术上的优点,而且比规定的强迫空气条件易于做到,所以用作散热试验样品进行低温和高温试验时的优选方法，在有些情况下,采用无强迫空气循环方法进行试验可能产生一些困难。因而,在允许采用低速空气进行强迫空气循环的场合给出了两种供选用的方法:第一种方法,适用于试验箱的尺寸大得足以满足附录A要求,但试验箱的升温或降温需要采用强迫空气循环的场合。
第二种方法,适用于试验箱太小、不能满足附录A的要求,或由于别的原因,不能使用第一种方法的场合。
2.1.2热辐射
2.1.2.1当讨论试验散热试验样品用的试验箱条件时,不能忽视辐射传热,在试验样品和试验箱箱壁是热黑的情况下(辐射系数约为1),从试验样品到试验箱壁的传热,约有一半是以热辐射方式传递的。如果散热试验样品在箱壁为热白的或箱壁为热黑的试验箱内经受某温度试验时,试验样品的表面温度将会显著地不同,所以,若想得到可重现的试验结果,有关规范宜对试验箱箱壁的辐射系数和温度应加以限定。
2.1.2.2在试验样品和箱壁之间,若有其他试验样品、加热或冷却组件、安装架等遮挡时,则试验样品和箱壁之间的热辐射将受到影响。试验箱璧的热颜色和温度将不符合要求,试验样品上某特定点所能“看到”箱壁部分的百分数确定该点的视角因数。试验样品每一点的“视角因数”都不宜受某些不符合对箱壁热颜色和温度要求的装置所干扰。
2.1.2.3理想“自由空气”条件下,试验样品向周围空气传输出来的热完全为周围空气所吸收，这是由于自由对流和辐射交换的热完全被吸收而出现的。
通常大多数装置(包括设备和组件)是在十分近似热黑而不是热白的环境中运行的。
将试验箱内壁做成近似于热黑的要比做成为热白的容易些。因为大多数涂料和(未抛光)的材料是更接近热黑的而不是热白的。同时,由于材料随时间的老化效应,要长时间地保持箱(室)壁为热白的将特别困难。 如果箱壁温度变化是在所规定试验温度(按开尔文温度计算)的3%之内,且箱壁的辐射系数是在0.7到1之间变化,则试验样品表面温度的变化通常小于3K。因为辐射换热是与试验样品表面温度四次方和箱壁温度四次方之差成正比,低温时的辐射传热与高温时比较不那么显著,故在低温试验时对箱壁颜色和温度的要求也就并不怎么严格。 2.1.2.4通过热辐射进行的热交换主要取决于试验箱壁的温度,这种依赖关系就是为什么当试验样品表面温度和周围空气温度之间的差值很大时,不按照附录E对试验样品温度进行修正就不能用强迫空气循环来进行试验的主要原因。
2.1.3热传导 2.1.3.1热传导的散热取决于安装连接架及其他连接件的热特性。 2.1.3.2有许多散热设备和组件,规定安装在吸热的或其他导热良好的装置上。因而,有一定数量的热会通过热传导有效地散发出去。 故有关标准应对安装架的热特性作出规定,而且在进行试验时最好再现安装架的这些热特性。 2.1.3.3如果设备或组件采用不止一种具有不同导热值的方法安装,则在试验时应考虑最坏情况。应用情况不同,产生的最坏情况也不相同,如:a)散热试验样品的高温试验。因试验时热的传输方向是由试验样品到安装架,所以,安装架的热传输量最小时,即安装架的导热系数最小(绝热)时的传输方向是最坏情况。b)非散热试验样品的高温试验。只要试验样品尚未达到热稳定,热就由箱壁经安装架传到试验样品。那么,最坏情况是安装架的导热率大的场合,为了避免安装支架的加热时间太长,从而延滞由箱壁到试验样品的热传输.安装架的热容量宜小。c)散热试验样品和非散热试验样品的低温试验。由于试验时热是由试验样品经安装架传输到箱壁的,因而最坏情况(试验样品温度最低)是在热传输效率最高时,即在安装架的导热系数高时。
2.1.4强迫空气循环 2.1.4.1试验箱的容积大得能完全满足附录A的要求,但试验箱的升温和降温可能需要采用强迫空气循环。这种情况下,试验样品应先放在具有室温的试验箱内,进行检查,使试验样品表面上诸代表点温度不会过分受到箱内强迫空气循环的影响。如果试验样品上任一点的表面温度,不因试验箱内有强迫空气循环降低5℃以上,像在无强迫空气循环试验箱内进行的试验一样,则强迫空气循环的冷却效应就可以认为相当小,可忽略不计。 2.1.4.2如果试验箱太小,不能满足附录A的试验要求,或按本部分2.1.4.1测得之表面温度差超过5℃时,则宜在试验箱外进行探索性试验， 先将试验样品置于放置该试验箱的试验室内,施加有关标准为试验温度所规定的负载条件,测量试验样品表面上若干有代表性的点的温度,以给出计算规定试验条件下表面温度的基准点。 对环境温度和表面温度之间的小温差AT、来说,只要环境温度的变化△T。小时,就可假定温差△T:在不同环境温度时是一样的。如果是△T:<25℃.且 △T:<30℃,则其误差在3℃以内。 不同环境温度时,试验样品表面温度之间的关系见附录E。如已知某环境温度时的表面温度,使用附录E的计算图,就可计算任何环境温度时的表面温度,这样,当试验样品在室温时的表面温度已知时,通过附录E计算图的运用,就可扩展计算出在规定试验条件时的表面温度范围。附录E的计算图至少可以用到T:=80℃和T=65℃时， 2.1.4.3当采用本部分中第一种和第二种方法的任一方法时被检查的有代表性的点的选择,宜详细了解试验样品的情况(如温度分布、热极限点等),由于这一点的选择主要是一项训练判断问题。所以建议优先选用无强迫空气循环的试验方法。
对探索性试验来说,可能需要检验试验箱的性能,以便能进行一系列类似试验(如类似元件的试验),而对另一些情况(如对不同的产品),在每次试验前都需要对试验箱进行评价。
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