Рис. 3.9 | Рис. 3.10 |
Лучистый тепловой поток от одного тела к другому может быть значительно уменьшен, если между ними расположить непрозрачный экран.
Рассмотрим две плоские параллельные поверхности (рис. 3.9), температуры которых равны Т 1 и Т 2 < Т 1, а степени черноты одинаковы, т.е. e1 = e2 = e. Между этими телами установлен экран, степень черноты которого равна eэ. Среда между телами и экраном прозрачна и нетеплопроводна, так что теплообмен происходит только за счет излучения. Пусть при этом, кроме того, малая толщина и высокая теплопроводность экрана позволяют считать температуру его по толщине одинаковой.
После установки экрана и достижения стационарного режима температура экрана станет равной Т э (причем T 1 > Т э > Т 2) и при этом
,
где , и - плотности теплового потока от первого тела (поверхности) к экрану, от экрана - ко второму телу и от первого тела - ко второму при наличии экрана.
Запишем полученные выше выражения для тепловых потоков и :
|
|
и .
Исключив из двух последних равенств величину Т э, имея в виду, что в рассматриваемом случае e1 = e2 = e, и учитывая, что , получим
.
Тепловой поток при этих условиях между стенками без экрана
.
Из сравнения этих двух формул видно, что применение экрана ослабляет теплообмен излучением между стенками, т.к. выражение больше ноля. Причем, это ослабление тем сильнее, чем меньше степень его черноты eэ . Так, при e1 = e2 = 1 и степени черноты экрана e э = 1 его установка уменьшает лучистый теплообмен в 2 раза, а при e э = 0,5 - в 4 раза.
Такое защитное действие экранирования можно ещё усилить, поставив друг за другом несколько экранов. Если установить п одинаковых экранов, то плотность теплового потока, как можно показать, станет равной:
.
Степень снижения лучистого теплового потока при экранировании может быть охарактеризована величиной , где q 0 – тепловой поток при отсутствии экранов при e1 = e2 = e; q экр- тепловой поток при наличии экранов.
Подставив в выражение для соответствующие выражения, получим
.
Для примера на рис. 3.10 показана зависимость (в логарифмическом масштабе) от числа экранов n при степени черноты обеих плоских стенок, равной единице, и различных значениях степени черноты экранов e э. Как видно, например, при e э = 0,5 за счет установки трех экранов можно уменьшить интенсивность лучистого теплообмена в 10 раз.