DEPARTMENT OF DEFENSE TEST METHOD STANDARD ENVIRONMENTAL 810G

METHOD 507.6 HUMIDITY CONTENTS 1. SCOPE ........................................................................................................................................................... 1 1.1 PURPOSE .......................................................................................................................................................... 1 1.2 APPLICATION ................................................................................................................................................... 1 1.3 LIMITATIONS.................................................................................................................................................... 1 2. TAILORING GUIDANCE........................................................................................................................... 1 2.1 SELECTING THE HUMIDITY METHOD ............................................................................................................... 1 2.1.1 EFFECTS OF WARM, HUMID ENVIRONMENTS................................................................................................... 2 2.1.2 SEQUENCE AMONG OTHER METHODS.............................................................................................................. 2 2.2 SELECTING PROCEDURES ................................................................................................................................. 2 2.2.1 PROCEDURE SELECTION CONSIDERATIONS ...................................................................................................... 3 2.2.2 DIFFERENCE BETWEEN PROCEDURES .............................................................................................................. 3 2.3 DETERMINE TEST LEVELS, CONDITIONS, AND DURATIONS.............................................................................. 3 2.3.1 TEST TEMPERATURE - HUMIDITY..................................................................................................................... 3 2.3.2 TEST DURATION............................................................................................................................................... 5 2.3.3 TEST ITEM CONFIGURATION ............................................................................................................................ 7 2.3.4 ADDITIONAL GUIDELINES ................................................................................................................................ 7 2.4 OPERATIONAL CHECKOUT ............................................................................................................................... 7 2.4.1 PROCEDURE I (INDUCED CYCLES B1, B2, OR B3, FOLLOWED BY NATURAL CYCLES B1, B2, OR B3) ............. 7 2.4.2 PROCEDURE II - AGGRAVATED ........................................................................................................................ 7 2.5 TEST VARIATIONS............................................................................................................................................ 7 2.6 PHILOSOPHY OF TESTING ................................................................................................................................. 7 2.6.1 PROCEDURE I - INDUCED (STORAGE AND TRANSIT) CYCLES ........................................................................... 8 2.6.2 PROCEDURE I - NATURAL CYCLES ................................................................................................................. 10 2.6.3 PROCEDURE II - AGGRAVATED CYCLE (FIGURE 507.6-7) .............................................................................. 13 3. INFORMATION REQUIRED................................................................................................................... 14 3.1 PRETEST......................................................................................................................................................... 14 3.2 DURING TEST.................................................................................................................................................15 3.3 POST-TEST .....................................................................................................................................................15 4. TEST PROCESS .........................................................................................................................................15 4.1 TEST FACILITY...............................................................................................................................................15 4.1.1 GENERAL DESCRIPTION ................................................................................................................................. 15 4.1.2 FACILITY DESIGN...........................................................................................................................................15 4.1.3 TEST SENSORS AND MEASUREMENTS ............................................................................................................ 15 4.1.4 AIR VELOCITY ...............................................................................................................................................16 4.1.5 HUMIDITY GENERATION ................................................................................................................................16 4.1.6 CONTAMINATION PREVENTION ......................................................................................................................16 4.2 CONTROLS .....................................................................................................................................................16 4.3 TEST INTERRUPTION ......................................................................................................................................16 4.3.1 INTERRUPTION DUE TO CHAMBER MALFUNCTION.........................................................................................16 4.3.2 INTERRUPTION DUE TO TEST ITEM OPERATION FAILURE...............................................................................17 4.4 TEST EXECUTION ...........................................................................................................................................17 4.4.1 PREPARATION FOR TEST................................................................................................................................. 17 4.4.1.1 TEST SETUP....................................................................................................................................................17 4.4.1.2 PRELIMINARY STEPS ......................................................................................................................................17

4.4.1.3 PRETEST CHECKOUT ......................................................................................................................................17 4.4.2 TEST PROCEDURES.........................................................................................................................................17 4.4.2.1 PROCEDURE I - STORAGE AND TRANSIT CYCLES (CYCLES B2 OR B3), AND NATURAL (CYCLES B1, B2, OR B3......................................................................................................................................................17 4.4.2.2 PROCEDURE II - AGGRAVATED ......................................................................................................................18 5. ANALYSIS OF RESULTS.........................................................................................................................19 6. REFERENCE/RELATED DOCUMENTS ...............................................................................................19 6.1 REFERENCED DOCUMENTS.............................................................................................................................19 6.2 RELATED DOCUMENTS...................................................................................................................................19 TABLES TABLE 507.6-I HIGH HUMIDITY DIURNAL CATEGORIES .......................................................................................... 5 TABLE 507.6-II TEST CYCLES (DAYS) ...................................................................................................................... 7 TABLE 507.6-III CONSTANT TEMPERATURE AND HUMIDITY - INDUCED CYCLE B1................................................... 8 TABLE 507.6-IV CYCLIC HIGH RELATIVE HUMIDITY - INDUCED CYCLE B2 .............................................................. 9 TABLE 507.6-V HOT HUMID - INDUCED CYCLE B3................................................................................................. 10 TABLE 507.6-VI CONSTANT TEMPERATURE AND HUMIDITY - NATURAL CYCLE B1................................................11 TABLE 507.6-VII CYCLIC HIGH RELATIVE HUMIDITY - NATURAL CYCLE B2 ...........................................................12 TABLE 507.6-VIII HOT HUMID - NATURAL CYCLE B3................................................................................................13 TABLE 507.6-IX AGGRAVATED CYCLE ....................................................................................................................14 FIGURES FIGURE 507.6-1 INDUCED CYCLE B1 - STORAGE AND TRANSIT................................................................................. 8 FIGURE 507.6-2 INDUCED CYCLE B2 - STORAGE AND TRANSIT................................................................................. 9 FIGURE 507.6-3 INDUCED CYCLE B3 - STORAGE AND TRANSIT...............................................................................10 FIGURE 507.6-4 NATURAL CYCLE B1 - CONSTANT HIGH HUMIDITY.......................................................................11 FIGURE 507.6-5 NATURAL CYCLE B2 - CYCLIC HIGH HUMIDITY............................................................................12 FIGURE 507.6-6 NATURAL CYCLE B3 - HOT HUMID................................................................................................13 FIGURE 507.6-7 AGGRAVATED TEMPERATURE - HUMIDITY CYCLE ........................................................................14 METHOD 507.6, ANNEX A PHYSICAL PHENOMENA ASSOCIATED WITH HUMIDITY 1. ABSORPTION .......................................................................................................................................... A-1 2. ADSORPTION .......................................................................................................................................... A-1 3. BREATHING ............................................................................................................................................ A-1 4. CONDENSATION .................................................................................................................................... A-1 5. DIFFUSION............................................................................................................................................... A-1

 HUMIDITY NOTE: Tailoring is essential. Select methods, procedures, and parameter levels based on the tailoring process described in Part One, paragraph 4.2.2, and Annex C. Apply the general guidelines for laboratory test methods described in Part One, paragraph 5 of this Standard. 1. SCOPE. 1.1 Purpose. The purpose of this Method is to determine the resistance of materiel to the effects of a warm, humid atmosphere. 1.2 Application. This Method applies to materiel that is likely to be stored or deployed in a warm, humid environment, an environment in which high levels of humidity occur, or to provide an indication of potential problems associated with humidity. Although it is preferable to test materiel at appropriate natural environment sites, it is not always practical because of logistical, cost, or schedule considerations. Warm, humid conditions can occur year-round in tropical areas, seasonally in mid-latitude areas, and in materiel subjected to combinations of changes in pressure, temperature, and relative humidity. Often materiel enclosed in non-operating vehicles in warm, humid areas can experience high internal temperature and humidity conditions. Other high levels of humidity can exist worldwide. Further information on high temperatures and humidity is provided in AR 70-38 (paragraph 6.1, reference a), MILHDBK-310 (paragraph 6.1, reference b), or NATO STANAG 4370, AECTP 230 (paragraph 6.1, reference c). See also Part Three of this Standard. 1.3 Limitations. This Method may not reproduce all of the humidity effects associated with the natural environment such as longterm effects, nor with low humidity situations. This Method does not attempt to duplicate the complex temperature/humidity environment but, rather, it provides a generally stressful situation that is intended to reveal potential problem areas in materiel. This Method includes natural and induced temperature/humidity cycles (for guidance purposes) for identified climatic categories, but these cycles cannot replicate naturally-occurring environments. Testing in the natural environment, whenever practical, may provide more valuable results. Specifically, this Method does not address: a. Condensation resulting from changes of pressure and temperature for airborne or ground materiel. b. Condensation resulting from black-body radiation (e.g., night sky effects). c. Synergistic effects of solar radiation, humidity, or condensation combined with biological and chemical contaminants. d. Liquid water trapped within materiel or packages and retained for significant periods. e. Evaluating the internal elements of a hermetically sealed assembly since such materiel is air-tight. 2. TAILORING GUIDANCE. 2.1 Selecting the Humidity Method. After examining requirements documents and applying the tailoring process in Part One of this Standard to determine if warm temperature/humidity conditions are anticipated in the life cycle of materiel, use the following to confirm the need for this Method and to place it in sequence with other methods. NOTE: Consider the potential synergistic effects of temperature, humidity, and altitude, and the use of Method 520.4 in addition to this Method. However, Method 520 is NOT a substitute for Method 507.

2.1.1 Effects of Warm, Humid Environments. Temperature-humidity conditions have physical and chemical effects on materiel; the temperature and humidity variations can also trigger synergistic effects or condensation inside materiel. Consider the following typical problems to help determine if this Method is appropriate for the materiel being tested. This list is not intended to be all-inclusive. a. Surface effects, such as: (1) Oxidation and/or galvanic corrosion of metals. (2) Increased chemical reactions. (3) Chemical or electrochemical breakdown of organic and inorganic surface coatings. (4) Interaction of surface moisture with deposits from external sources to produce a corrosive film. (5) Changes in friction coefficients, resulting in binding or sticking. b. Changes in material properties, such as: (1) Swelling of materials due to sorption effects. (2) Other changes in properties. (a) Loss of physical strength. (b) Electrical and thermal insulating characteristics. (c) De-lamination of composite materials. (d) Change in elasticity or plasticity. (e) Degradation of hygroscopic materials. (f) Degradation of explosives and propellants by absorption. (g) Degradation of optical element image transmission quality. (h) Degradation of lubricants. c. Condensation and free water, such as: (1) Electrical short circuits. (2) Fogging of optical surfaces. (3) Changes in thermal transfer characteristics. 2.1.2 Sequence Among Other Methods. a. General. Use the anticipated life cycle sequence of events as a general sequence guide (see Part One, paragraph 5.5). b. Unique to this Method. Humidity testing may produce irreversible effects. If these effects could unrealistically influence the results of subsequent tests on the same item(s), perform humidity testing following those tests. Also, because of the potentially unrepresentative combination of environmental effects, it is generally inappropriate to conduct this test on the same test sample that has previously been subjected to salt fog, sand and dust, or fungus tests. Dynamic environments (vibration and shock) could influence the results of humidity testing. Consider performing these dynamic tests prior to humidity tests. 2.2 Selecting Procedures This Method consists of two procedures, Procedure I (Induced (Storage and Transit) and Natural Cycles), and Procedure II (Aggravated). Determine the procedure(s) to be used. NOTE: The materiel’s anticipated Life Cycle Environmental Profile (LCEP) may reveal other scenarios that are not specifically addressed in the procedures. Tailor the procedures as necessary to capture the LCEP variations, but do not reduce the basic test requirements reflected in the below procedures. (See paragraph 2.3 below.)

2.2.1 Procedure Selection Considerations. a. The operational purpose of the materiel. b. The natural exposure circumstances. c. Test data required to determine if the operational purpose of the materiel has been met. d. Test duration. 2.2.2 Difference Between Procedures. (See paragraph 1.3c for related information on limitations.) a. Procedure I – Induced (Storage and Transit) and Natural Cycles. Once a cycle is selected, perform the storage and transit portion first, followed by the corresponding natural environment portion of the cycle. Procedure I includes: (1) three unique cycles that represent conditions that may occur during storage or transit, as well as (2) three unique natural environment cycles that are performed on test items that are open to the environment. The internal humidity may be caused by these or other mechanisms: (a) Entrapped, highly humid air. (b) Presence of free water. (c) Penetration of moisture through test item seals (breathing). (d) Release of water or water vapor from hygroscopic material within the test item. b. Procedure II – Aggravated. Procedure II exposes the test item to more extreme temperature and humidity levels than those found in nature (without contributing degrading elements), but for shorter durations. Its advantage is that it produces results quickly, i.e., it may, generally, exhibit temperature-humidity effects sooner than in the natural or induced procedures. Its disadvantage is that the effects may not accurately represent those that will be encountered in actual service. Be careful when interpreting results. This procedure is used to identify potential problem areas, and the test levels are fixed. 2.3 Determine Test Levels, Conditions, and Durations. Related test conditions depend on the climate, duration, and test item configuration during shipping, storage, and deployment. The variables common to both procedures are the temperature-humidity cycles, duration, and configuration. These variables are discussed below. Requirements documents may impose or imply additional test conditions. Otherwise, use the worst-case conditions to form the basis for selecting the test and test conditions to use. 2.3.1 Test Temperature - Humidity. The specific test temperature - humidity values are selected, preferably, from the requirements documents. If this information is not available, base determination of the test temperature-humidity values for Procedure I on the world geographical areas in which the test item will be used, plus any additional considerations. Table 507.6-I was developed from AR 70-38 (paragraph 6.1, reference a), MIL-HDBK-310 (paragraph 6.1, reference b), NATO STANAG 4370 (paragraph 6.1, reference d), AECTP 200 (paragraph 6.1, reference e), and NATO STANAG 4370, AECTP 230 (paragraph 6.1, reference c, (part three)) and includes the temperature and relative humidity conditions for three geographical categories where high relative humidity conditions may be of concern, and three related

  categories of induced conditions. The temperature and humidity data are those used in the source documents mentioned above. The cycles were derived from available data; other geographic areas could be more severe. For Procedure I, the temperature and humidity levels in Table 507.6-I are representative of specific climatic areas; the natural cycles are not adjustable. Figures 507.6-1 through 507.6-6 are visual representations of the cycles in Table 507.6-I. Although they occur briefly or seasonally in the mid-latitudes, basic high humidity conditions are found most often in tropical areas. One of the two high humidity cycles (constant high humidity) represents conditions in the heavily forested areas where nearly constant conditions may prevail during rainy and wet seasons. Exposed materiel is likely to be constantly wet or damp for many days at a time. A description of each category follows. a. Constant high humidity (Cycle B1). Constant high humidity is found most often in tropical areas, although it occurs briefly or seasonally in the mid-latitudes. The constant-high-humidity cycle represents conditions in heavily forested areas where nearly constant temperature and humidity may prevail during rainy and wet seasons with little (if any) solar radiation exposure. Tropical exposure in a tactical configuration or mode is likely to occur under a jungle canopy. Exposed materiel is likely to be constantly wet or damp for many days at a time. World areas where these conditions occur are the Congo and Amazon Basins, the jungles of Central America, Southeast Asia (including the East Indies), the north and east coasts of Australia, the east coast of Madagascar, and the Caribbean Islands. The conditions can exist for 25 to 30 days each month in the most humid areas of the tropics. The most significant variation of this cycle is its frequency of occurrence. In many equatorial areas, it occurs monthly, year round, although many equatorial areas experience a distinctive dry season. The frequency decreases as the distance from the equator increases. The mid-latitudes can experience these conditions several days a month for two to three months a year. See Part Three for further information on the description of the environments. b. Cyclic high humidity (Cycle B2). Cyclic high humidity conditions are found in the open in tropical areas where solar radiation is a factor. If the item in its operational configuration is subject to direct solar radiation exposure, it is permissible to conduct the natural cycle with simulated solar radiation. See Part Three, Table VII, for the associated B2 diurnal solar radiation parameters. In these areas, exposed items are subject to alternate wetting and drying, but the frequency and duration of occurrence are essentially the same as in the constant high humidity areas. Cycle B2 conditions occur in the same geographical areas as the Cycle B1 conditions, but the B1 conditions typically are encountered under a jungle canopy, so the B1 description above also applies to the B2 area. c. Hot-humid (Cycle B3). Severe (high) dewpoint conditions occur 10 to 15 times a year along a very narrow coastal strip, probably less than 5 miles wide, bordering bodies of water with high surface temperatures, specifically the Persian Gulf and the Red Sea. If the item in its operational configuration is subject to direct solar radiation exposure, it is permissible to conduct the natural cycle with simulated solar radiation. See Part Three, Table V for the associated B3 diurnal solar radiation parameters. Most of the year, these same areas experience hot dry (A1) conditions. This cycle is unique to materiel to be deployed specifically in the Persian Gulf or Red Sea regions, and is not to be used as a substitute for worldwide exposure requirements where B1 or B2 would apply. In addition to these three categories of natural high-humidity conditions, there are three cycles for induced (storage and transit) conditions: d. Induced constant high humidity (Cycle B1). Relative humidity above 95 percent in association with nearly constant 27 qC (80 qF) temperature occurs for periods of a day or more. e. Induced variable - high humidity (Cycle B2). This condition exists when materiel in the variable-high-humidity category receives heat from solar radiation with little or no cooling air. See storage and transit conditions associated with the hot-humid daily cycle of the hot climatic design type below in Table 507.6-I. f. Induced hot-humid (Cycle B3). This condition exists when materiel in the hot-humid category receives heat from solar radiation with little or no cooling air. The daily cycle for storage and transit in Table 507.6-I

shows 5 continuous hours with air temperatures at or above 66 qC (150 qF), and an extreme air temperature of 71 qC (160 qF) for not more than 1 hour. Table 507.6-I. High humidity diurnal categories. Time Natural1 Induced (Storage and Transit) High Humidity Hot Humid (Cycle B3) Constant Temp. (Cycle B1) Cyclic High RH (Cycle B2) Hot Humid (Cycle B3) Constant Temp. (Cycle B1) Cyclic High RH (Cycle B2) Temp RH Temp RH Temp RH Temp RH Temp RH Temp RH o C o F % o C o F % o C o F % o C o F % o C o F % o C o F % 0100 Nearly constant at 24oC (75oF) throughout the 24 hours 1002 27 80 100 31 88 88 Nearly constant at 27oC (80oF) throughout the 24 hours 100 33 91 69 35 95 67 0200 100 26 79 100 31 88 88 100 32 90 70 34 94 72 0300 100 26 79 100 31 88 88 100 32 90 71 34 94 75 0400 100 26 79 100 31 88 88 100 31 88 72 34 93 77 0500 100 26 78 100 31 88 88 100 30 86 74 33 92 79 0600 100 29 78 100 32 90 85 100 31 88 75 33 91 80 0700 98 27 81 94 34 93 80 98 34 93 64 36 97 70 0800 97 29 84 88 36 96 76 97 38 101 54 40 104 54 0900 95 31 87 82 37 98 73 95 42 107 43 44 111 42 1000 95 32 89 79 38 100 69 95 45 113 36 51 124 31 1100 95 33 92 77 39 102 65 95 51 124 29 57 135 24 1200 95 34 94 75 40 104 62 95 57 134 22 62 144 17 1300 95 34 94 74 41 105 59 95 61 142 21 66 151 16 1400 95 35 95 74 41 105 59 95 63 145 20 69 156 15 1500 95 35 95 74 41 105 59 95 63 145 19 71 160 14 1600 95 34 93 76 41 105 59 95 62 144 20 69 156 16 1700 95 33 92 79 39 102 65 95 60 140 21 66 151 18 1800 95 32 90 82 37 99 69 95 57 134 22 63 145 21 1900 97 31 88 86 36 97 73 97 50 122 32 58 136 29 2000 98 29 85 91 34 94 79 98 44 111 43 50 122 41 2100 100 28 83 95 33 91 85 100 38 101 54 41 105 53 2200 100 28 82 96 32 90 85 100 35 95 59 39 103 58 2300 100 27 81 100 32 89 88 100 34 93 63 37 99 62 2400 100 27 80 100 31 88 88 100 33 91 68 35 95 63 1 Temperature and humidity values are for ambient air. 2 For chamber control purpose, 100 percent RH implies as close to 100 percent RH as possible, but not less than 95 percent. 2.3.2 Test Duration. The number of temperature - humidity cycles (total test time) is critical in achieving the purpose of the test. The durations provided in Table 507.6-II are minimum durations and, in most cases, are far less than necessary to provide an annual comparison. Apply the number of test cycles on a one-for-one basis, i.e., 45 cycles equates to 45 days in the natural environment, and is not related to any acceleration factor. For Procedure I, see Table 507.6-II and use the storage and transit durations for the appropriate cycle (B1, B2, or B3), followed by the corresponding natural cycle duration. For Procedure II guidance, see paragraph 2.3.2c below.

NOTE: During or after this test, document any degradation that could contribute to failure of the test item during more extensive exposure periods (i.e., indications of potential long term problems), or during exposure to other deployment environments such as shock and vibration. Further, extend testing for a sufficient period of time to evaluate the long-term effect of its realistic deployment duration (deterioration rate becomes asymptotic). a. Procedure Ia - Induced (Storage and Transit) Cycles (1) Hazardous test items. Hazardous test items will generally require longer tests than nonhazardous items to establish confidence in test results. Since induced conditions are much more severe than natural conditions, potential problems associated with high temperature/high relative humidity will be revealed sooner, and the results can be analyzed with a higher degree of confidence. Consequently, expose hazardous test items to extended periods (double the normal periods) of conditioning, depending upon the geographical category to which the materiel will be exposed (see Table 507.6-II, induced cycles B1 through B3). (2) Non-hazardous test items. Induced conditions are much more severe than natural conditions, and potential problems associated with high temperature/high humidity will thus be revealed sooner, and the results can be analyzed, in most cases, with a higher degree of confidence. Expose non-hazardous test items to test durations as specified in Table 507.6-II, induced cycles B1 through B3, depending upon the geographical category to which the material will be exposed. b. Procedure Ib - Natural Cycles (1) Hazardous test items. Hazardous test items are those in which any unknown physical deterioration sustained during testing could ultimately result in damage to materiel or injury or death to personnel when the test item is used. Hazardous test items will generally require longer test durations than nonhazardous test items to establish confidence in the test results. Twice the normal test duration is recommended (see Table 507.6-II, cycles B1 through B3). (2) Nonhazardous test items. Nonhazardous test items should be exposed from 15 to 45 cycles of conditioning, depending upon the geographical area to which the materiel will be exposed (see Table 507.6-II, cycles B1 through B3). NOTE: The climate station selected for these categories was Majuro, Marshall Islands (7o 05’ N, 171o 23’E). The station is located at the Majuro Airport Weather Services building. This site is a firstorder U.S. weather reporting station. Majuro was selected over 12 available candidate stations from around the world initially because it possessed the required temperature and precipitation characteristics for the B1 category (resulting in high temperature – humidity conditions), and it met the criteria for data availability and quality. On the average, Majuro receives over 3,300 mm (130 inches) of rainfall annually. Over 250 days experience rainfall >= 0.01 inch, and over 310 days experience rainfall >= trace. Ten years of continuous data were used for the analysis (POR: 1973-1982). Groupings of consecutive days of rainfall (and resulting humidity) were then extracted. The longest continuous streak of consecutive days >= trace was 51. A cumulative frequency curve was then created. The recommended duration value of 45 days represents the 99th percentile value (actual value = 98.64%)

Table 507.6-II. Test cycles (days). MATERIEL CATEGORY NATURAL INDUCED (STORAGE and TRANSIT) Cycle B1 Cycle B2 Cycle B3 Cycle B1 Cycle B2 Cycle B3 Hazardous Items Normal Test Duration 90 90 30 180 180 30 Non-Hazardous Items Normal Test Duration 1 45 45 15 90 90 15 1 Perform operational checks at least once every five days; more frequent checks may provide early detection of potential problems. c. Procedure II – Aggravated Cycle. For Procedure II, in addition to a 24-hour conditioning cycle (paragraph 4.4.2.2), the minimum number of 24-hour cycles for the test is ten. Although the combined 60 qC (140 qF) and 95 percent RH does not occur in nature, this combination of temperature and relative humidity, has historically proven adequate to reveal potential effects in most materiel. Extend the test as specified in the test plan to provide a higher degree of confidence in the materiel to withstand warm, humid conditions. For the test items incorporating seals to protect moisture-sensitive materials, e.g., pyrotechnics, longer test durations may be required. 2.3.3 Test Item Configuration. During conduct of the temperature-humidity procedures of this Method, configure the test item as specified below, or as specifically outlined in the requirements documents. Test item configuration must be selected to reproduce, as closely as technically possible, the configuration that the test item would assume when worst-case situations are encountered during its life cycle. a. In its assigned shipping/storage container, or as installed in the end item. b. Out of its shipping/storage container but not set up in its deployment mode. c. In its operational mode (realistically or with restraints, such as with openings that are normally covered). 2.3.4. Additional Guidelines. Review the requirements documents. Apply any additional guidelines necessary. 2.4 Operational Checkout. 2.4.1 Procedure I (Induced Cycles B1, B2, or B3, Followed By Natural Cycles B1, B2, or B3) a. Procedure Ia: Induced (storage and transit) cycles B1, B2, and B3 represent storage and transit environments. As such, perform operational checkouts before and after each test. b. Procedure Ib: Natural cycles B1 - B3 represent the operational environment, and, theoretically, the materiel could be functioning non-stop in the natural environment. In this case, operate the test item continuously throughout the test procedure. If shorter operational periods are identified in the requirements document(s), operate the test item at least once every five cycles for a duration necessary to verify proper operation. This operational checkout will help determine effects of the natural cycles on test item(s) as soon as possible. 2.4.2 Procedure II - Aggravated. Procedure II does not represent naturally-occurring conditions; therefore it may produce an acceleration of potential temperature-humidity effects. If the test item is intended to be operated in a warm, humid environment, perform at least one operational checkout every five cycles during the periods shown on Figure 507.6-7. 2.5 Test Variations. The most important ways the tests can vary are in the number of temperature-humidity cycles, relative humidity, and temperature levels and durations, test item performance monitoring (where appropriate), and test item ventilation. 2.6 Philosophy of Testing. Procedures Ia and Ib are intended to reveal representative effects that typically occur when materiel is exposed to elevated temperature-humidity conditions in storage and transit, followed by actual service where moderate to high

 

ỐNG DẪN THỦY LỰC

Trong quá trình thiết kế mạch thủy lực. Vấn đề chọn ống dẫn sao cho vừa đảm bảo yêu cầu làm việc, vừa kinh tế phải cần được tính tới. Trong bài này mình sẽ trình bày vấn đình tính toán để chọn được ống dẫn thích hợp. Mục đích của tính toán ống dẫn là xác định đường kính trong của ống dẫn, hao phí áp suất trên đường ống và độ dày của ống dẫn.

Đường kính trong d của ống dẫn xác định theo công thức :

 

Ở đó Q – lưu lượng chất lỏng chảy qua ống, m³/s;

υ – vận tốc dòng chảy trong ống, m/s;

d – đường kính trong của ống dẫn, m.

Như vậy ở công thức trên muốn tính được đường kính trong d ta phải xác định được 2 giá trị Q và υ. Lưu lượng Q sẽ được quyết định bởi cơ cấu làm việc, còn vận tốc υ phụ thuốc vào áp suất của hệ thủy lực và chức năng của ống dẫn đó.

Các giá trị vận tốc υ khuyên dùng khi tính toán dựa trên bảng sau:
 

	Chức năng của ống dẫn
	Ống hút	Ống xả	Ống nén
PH,MPa	-	-	2,5	6,3	16	32	63	100
υ, m/s	1,2	2	3	3,5	4	5	6,3	10

 

Hao phí áp suất trên đoạn ống dẫn. 
Hao phí do trở lực ma sát theo chiều dài ống xác định theo công thức:

Ở đó

ρ– khối lượng riêng của chất lỏng làm việc, kg/m³;

λ –hệ số ma sát ;

l – chiều dài ống dẫn, m.

Xác định λ – hệ số ma sát theo bảng sau.

Ở đây Δ – là độ nhám tương đương bề mặt trong ống dẫn (Δ=0,05mm với đoạn ống thép , Δ=0,02mm với đoạn ống đồng, Δ=0,06mm đối với ống nhôm, Δ=0,03 với ống mềm cao su ) thì hệ số ma sát tính theo công thức.
 

Hao phí do trở lực cục bộ được tính theo công thức Weisbach:

Ở đó ξ – hệ số trở lực cục bộ.

Giá trị ξ phụ thuộc vào dạng trở lực cục bộ.

Một vài dạng trở lục cục bộ phổ biến:
-Tại đoạn ống gập 1 góc 90^o : ξ = 1,5…2,0
-Tại đoạn ống 3 nhánh tạo thành từ 1 đường ống vuông góc với đường ống chính : ξ=0,9…2.5.
-Tại đoạn ống có mối nối nối tiếp: ξ=0,1…0,15.
-Tại mối nối ra khỏi thùng chứa: ξ=0,5 ; và mối nối vào thùng chứa: ξ=1.

 

Ngoài ra ta còn phải kể tới hao phí áp suất tại các thiết bị thủy lực Δp_tb trong mạch như: các loại van thủy lực, bộ lọc dầu, …

Như vậy tổng hao phí áp suấtΔp_­= Δp_ms+ Δp_cb+ Δp_tb

Xác định độ dày thành ống dẫn

Độ dày thành ống dẫn cần đảm bảo độ bền trong quá trình làm việc của ống dẫn.

Độ dày thành ống xác định theo công thức sau:

 

Ở đó p_max – áp suất tĩnh lớn nhất σ_v - ứng suất tới hạn của vật liệu làm ống, bằng 30…35% độ bền mỏi. n – hệ số an toàn. Ngoài ra đối với vật liệu ống là thép thì bề dày không nhỏ hơn 0,5 mm; đối với đồng – bề dày không nhỏ hơn 1mm.

Ứng dụng của phương trình Bernoulli – Ống Pitot

Hình 1.1: Ống Pitot được lắp trên thân của máy bay.(1)

Hình 1.2: Ống Pitot được sử dụng trên xe đua.(2)

Ứng dụng của ống Pitot

  Ống Pitot là thiết bị dùng để vận tốc cục bộ của dòng chất lỏng. Ống Pitot thường được gắn trên các máy bay như hình 1.1. Nó còn được sử dụng trong các ống khí động, phong kế, xe đua (hình 1.2),…

Nguyên lý hoạt động

  Ống Pitot được đặt vào dòng chất lỏng sao cho đầu dò đặt song song với hướng dòng chảy. Một phần chất lỏng đi vào ống rò (màu trắng) được dùng để đo áp suất tổng  và một phần chất lỏng chuyển động song song với miệng ống được dùng để đo áp suất tĩnh (màu vàng).

Hình 2: Nguyên lý hoạt động của ống Pitot. (3) 

  Một số giả thiết được sử dụng trong lập luận dưới đây:

• Dòng chất lỏng không nén được
• Ảnh hưởng của trường trọng lực không đáng kể
• Dòng chất lỏng không nhất
• Dòng chất lỏng dừng
• Dòng chất lỏng có vận tốc đồng nhất tại vô cùng.
• Dòng chất lỏng không xoáy

  Sự khác biệt giữa áp suất tổng  và áp suất tĩnh  được dùng để xác định vận tốc của máy bay. Để dẫn ra được công thức về vận tốc của máy bay, phương trình Bernoulli được sử dụng:

(1)

Số hạng  tồn tại trong phương trình (1) được gọi là áp suất động. Từ phương trình (1), ta rút ra được vận tốc như sau:

(2)

Bài tập ứng dụng

Bài tập 1: Một máy bay bay ở mực nước biển chuẩn. Áp suất đọc bởi ống Pitot đặt tại mép cánh là . Xác định vận tốc của máy bay?(4)

Lời giải

Áp suất tại mực nước biển chuẩn là  và cũng là áp suất tĩnh . Giá trị mà ống Pitot đọc được là áp suất tổng . Từ công thức (), vận tốc của máy bay được xác định như sau:

Bài tập 2: Một ống Pitot trên một máy bay đang bay ở mực nước biển chuẩn đo được áp suất là . Tại một vị trí trên cánh máy bay, vận tốc đo được là . Hãy xác định: (5)

• Vận tốc của máy bay 
• Xác định hệ số áp suất tại điểm trên cánh máy có vận tốc.

Lời giải

• Từ công thức (2), ta dễ dàng xác định được vận tốc của máy bay:

• Hệ số áp suất

———————————– *  *  * ———————————–

Nguồn:

1. https://www.airteamimages.com/pics/100/100560_big.jpg
2. https://cdn.instructables.com/FBF/FG8D/IYGFQD3J/FBFFG8DIYGFQD3J.LARGE.jpg
3. http://www.formula1-dictionary.net/Images/pitot_tube_diagram.png
4. Example 3.7, Fundamentals of aerodynamics, John D.Anderson, Jr, 5th edition. 
5. Problems 3.6, 3.7, Fundamentals of aerodynamics, John D.Anderson, Jr, 5th edition.
6. https://i.stack.imgur.com/Qmywd.jpg

Hiển thị dòng chảy

 Hiển thị dòng chảy đóng vai trò quan trọng trong cơ học chất lỏng và các lĩnh vực liên quan tới chất lỏng. Trong bài viết này, đường dòng, quỹ đạo, đường đồng thời (timeline), và đường vết (streakline) lần lượt được giới thiệu.

   Các vector như vector vận tốc , vector chuyển dời , vector vị trí , và vector vị trí  tại thời điểm t = 0 có các thành phần trong hệ tọa độ Đề Các lần lượt như sau:

Đường dòng

   Đường dòng là đường được vạch ra trong trường dòng sao cho phương của vận tốc trùng với phương tiếp tuyến của đường dòng tại mỗi thời điểm cụ thể.

Hình 1: Đường dòng.(1)

Theo định nghĩa, phương của vận tốc trùng với phương của đường dòng cho nên biểu thức vi phân toán học của đường dòng được biểu diễn như sau:

Phương trình mô tả đường dòng trong không gian được viết dưới dạng tham số như sau:

Biểu thức vi phân của đường dòng được viết lại dưới dạng tham số như sau:

Thí dụ sau được sử dụng để minh họa cách thiết lập phương trình đường dòng khi trường vận tốc đã được xác định:

Thí dụ: Xác định phương trình đường dòng đi qua A(1,1,0) tại thời điểm t = 0 biết trường vận tốc của dòng chảy hai chiều được xác định như sau:

Lời giải

Từ biểu thức vi phân dưới dạng tham số hóa của đường dòng ta có được

Tích phân các phương trình vi phân trên ta được các đường dòng trong trường dòng như sau:

Chú ý: Các hệ số  và  trong biểu thức trên sẽ xác định các đường dòng khác nhau trong trường dòng tại mỗi thời điểm t. Nghĩa là ứng với mỗi cặp hệ số này ta có một đường dòng tương ứng. Còn tham số s xác định vị trí của điểm trên đường dòng. 

Quay trở lại thí dụ, tại thời điểm t = 0, đường dòng đi qua điểm A(1,1,0). Do s được dùng để xác định các điểm trên đường dòng nên ta gán s = 0 tương ứng với vị trí A. Từ đó ta dễ dàng xác định được , , và . Thay vào các phương trình trên ta được:

hay phương trình đường dòng có dạng  trên mặt phẳng z = 0.

Quỹ đạo

   Qũy đạo của một phân tố chất lỏng là đường được vạch ra trong trường dòng bởi phân tố chất lỏng đó theo thời gian.

Hình 2: Qũy đạo vạch bởi một phân tố chất lỏng theo thời gian. (2)

Phương trình vi phân mô tả quỹ đạo của một phân tố chất lỏng

Tích phân phương trình trên ta sẽ xác định được quỹ đạo của các phân tố chất lỏng.

Thí dụ: Tìm quỹ đạo của hạt lỏng tại thời điểm t = 0 đi qua điểm A(1,1,0) trong trường dòng được cho ở phần trên:

Lời giải

Phương trình vi phân mô tả quỹ đạo của phân tố lỏng là:

Tích phân phương trình vi phân trên ta được:

Chú ý: Hằng số C1 và C2 xác định các quỹ đạo khác nhau. Hay nói một cách khác, mỗi cặp hằng số này sẽ xác định một quỹ đạo.

Do phân tố chất lỏng xem xét đi qua A(1,1,0) tại t = 0 cho nên C1 = C2=1 và z0=0. Vậy phương trình quỹ đạo của hạt lỏng là:

Đường đồng thời (timeline)

   Đường timeline là đường cong được vạch ra bởi các phân tố chất lỏng nằm trên một đường cong được đánh dấu tại một thời điểm cụ thể trước đó.

Hình 3: Đường đồng thời và các quỹ đạo. (3)

Trong hình 3, có bốn hạt lỏng kề nhau được quan sát và đánh dấu màu lần lượt là vàng, đỏ, xanh lá cây, và xanh dương lần lượt vạch ra các đường quỹ đạo màu vàng, đường quỹ đạo màu đỏ, đường quỹ đạo màu xanh lá cây, và đường quỹ đạo màu xanh dương. Ta quay sang một cách quan sát khác, tại thời điểm t = t0, các hạt lỏng màu vàng, màu đỏ, màu xanh lá cây, và màu dương vạch ra đường đồng thời thẳng đứng. Khi thời gian trôi đi, chẳng hạn tại thời điểm t = t1, các hạt lỏng này vạch ra đường đồng thời có hình dạng cong, khác với hình dạng ban đầu. Hình 3 chỉ ra hình ảnh của đường đồng thời tại các thời điểm khác nhau.  

Từ định nghĩa ta suy ra được rằng đường đồng thời là tập hợp các hạt lỏng riêng biệt kế tiếp nhau được quan sát tại cùng một thời điểm mà vị trí của các hạt lỏng này phụ thuộc vào vị trí tại thời điểm bắt đầu quan sát trong quá khứ cho nên phương trình vi phân của đường đồng thời cho một hạt lỏng nằm trên nó là:

Do các hạt lỏng tại thời điểm bắt đầu quan sát nằm trên đường cong nào đó, cho nên vị trí ban đầu của chúng phải thỏa mãn rằng buộc sau:

Ta tích phân phương trình vi phân trên như tích phân cho phương trình quỹ đạo rồi chú ý tới điều kiện ràng buộc. Trong các ví dụ dưới đây, biểu thức toán học của hình dạng đường đồng thời được tham số hóa.

Thí dụ 1: Xác định đường đồng thời biết thời điểm t = 0 các hạt lỏng nằm trên đường {x = 0, y = s, z = 0} trong trường dòng cho ở mục phía trên.

   Lời giải

Từ lời giải trong mục quỹ đạo, phương trình quỹ đạo là:

Tại thời điểm t = 0, hạt lỏng có vị trí {x=0, y = s, z = 0} (chú ý mỗi giá trị của s tương ứng với vị trí của mỗi hạt lỏng tại thời điểm ban đầu) cho nên C1=z0=0 và C2=s. Vậy phương trình đường đồng thời là:

Tại mỗi thời điểm t, ta có được một phương trình tham số tương ứng với một đường đồng thời. Đường đồng thời vẫn là đường thẳng và di chuyển theo phương thẳng đứng.

Thí dụ 2: Xét dòng chất lỏng chảy qua hai tấm phẳng song song đặt cách nhau một khoảng h. Tấm phẳng dưới được giữ đứng yên, tấm phẳng ở phía trên di chuyển với vận tốc không đổi . Từ kết quả trong cơ học chất lỏng, ta có được profile vận tốc phân bố tuyến tính giữa hai tấm phẳng.

Hình 4: Dòng Couette. (4)

Trường dòng được biểu diễn như sau:

Xét đường đồng thời tại thời điểm t = 0 được có biểu thức thức toán học biểu diễn dưới dạng phương trình tham số {x=0,y=s}. Xác định phương trình mô tả hình dạng của đường đẳng thời tại thời điểm t > 0.

Lời giải

Phương trình vi phân của quỹ đạo là:

Tích phân phương trình vi phân trên ta được:

Tại thời điểm t = 0, hạt lỏng đi qua điểm {x=0,y=s} cho nên C = s, D = 0. Vậy phương trình đường đồng thời là:

Loại s ra khỏi phương trình tham số ta được:

Như vậy đường đồng thời vẫn là đường thẳng tuy nhiên góc nghiêng giảm dần theo thời gian. (hệ số góc  ).

Đường vết (streakline)

   Đường vết (streakline) là đường cong được vạch ra theo thời gian trong trường dòng bởi tập hợp các phân tố chất lỏng cùng đi qua một điểm cố định trong trường dòng.

Từ định nghĩa của đường vết, đường vết là tập hợp các hạt lỏng cho nên phương trình vi phân quỹ đạo được sử dụng để xác định đường vết. Tuy nhiên, ta cần chú ý rằng hạt lỏng trên đường vết có lịch sử tại  đi qua điểm cố định. Để hiểu rõ hơn, ta thực hiện thí dụ dưới đây.

Thí dụ: Tìm phương trình đường vết đi qua điểm A(1,1,0) của trường dòng trên.

  lời giải

Tích phân phương trình vi phân của quỹ đạo ta có được:

Tại thời điểm , hạt lỏng đi qua điểm A(1,1,0) cho nên ta có được:

Vậy phương trình đường vết là:

Tại mỗi thời điểm cụ thể t (t được cho trước), ta hoàn toàn có vẽ được đường cong. Đường cong đó là đường vết.

————————- * * * ————————-

Nguồn:

1. https://qph.fs.quoracdn.net/main-qimg-489d1c84ff923ccb83b510c62fc37557
2. http://www.gatecoachingindelhi.co.in/blog/wp-content/uploads/2016/09/Streamline2.png
3. http://www-mdp.eng.cam.ac.uk/web/library/enginfo/aerothermal_dvd_only/aero/fprops/cvanalysis/path.gif
4. https://sites.google.com/site/arifosu/_/rsrc/1463114834631/resource/2d-couette-flow–simple-algorithm/400px-Transport_%281%29.jpg?height=231&width=320