Экраны

В различных областях техники довольно часто встречаются случаи, когда требуется уменьшить передачу теплоты излучением. Например, нужно оградить рабочих от действия тепловых лучей в цехах, где имеются поверхности с высокими температурами. В других случаях необходимо оградить деревянные части зданий от лучистой энергии в целях предотвращения воспламенения; следует защищать от лучистой энергии термометры, так как в противном случае они дают неверные показания. Поэтому всегда, когда необходимо уменьшить передачу теплоты излучением, прибегают к установке экранов. Обычно экран представляет собой тонкий металлический лист с большой отражательной способностью. Температуры обеих поверхностей экрана можно считать одинаковыми.

Рассмотрим действие экрана между двумя плоскими безграничными параллельными поверхностями, причем передачей теплоты конвекцией будем пренебрегать. Поверхности стенок и экрана считаем одинаковыми. Температуры стенок Т ₁ и Т ₂ поддерживаются постоянными, причем Т ₁> Т ₂. Допускаем, что коэффициенты лучеиспускания стенок и экрана равны между собой. Тогда приведенные коэффициенты излучения между поверхностями без экрана, между первой поверхностью и экраном, экраном и второй поверхностью равны между собой.

Тепловой поток, передаваемый от первой поверхности ко второй (без экрана), определяем из уравнения:

Тепловой поток, передаваемый от первой поверхности к экрану, находим по формуле:

а от экрана ко второй поверхности - по формуле:

При установившемся тепловом состоянии q ₁ = q ₂, поэтому:

откуда:

Подставляя полученную температуру экрана в любое из уравнений, получаем:

Сравнивая первое и последнее уравнения, находим, что установка одного экрана при принятых условиях уменьшает теплоотдачу излучением в два раза: q _1-2 = q ₀ /2.

Можно доказать, что установка двух экранов уменьшает теплоотдачу втрое, установка трех экранов уменьшает теплоотдачу вчетверо и т. д. Значительный эффект уменьшения теплообмена излучением получается при применении экрана из полированного металла:

где С ¢_пр – приведенный коэффициент излучения между поверхностью и экраном; С _пр – приведенный коэффициент излучения между поверхностями.

К следующему занятию курсанты должны:

ЗНАТЬ: природу лучистой энергии, определения коэффициентов поглощения, отражения и проницаемости, законы Планка, Стефана-Больцмана, Кирхгофа и Ламберта.

УМЕТЬ: применять основные законы теплового излучения для оценки интенсивности теплообмена излучением.

ИМЕТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ: о влиянии различных факторов на эффективность применения экранов для защиты от лучистой энергии.

Вопросы на самоподготовку:

1. Природа лучистой энергии.

2. Классификация электромагнитных колебаний.

3. Что называется абсолютно белой поверхностью, абсолютно черной, абсолютно проницаемой, диффузной и зеркальной?

4. Основной закон поглощения.

5. Закон Планка.

6. Закон Вина.

7. Закон Стефана-Больцмана.

8. Закон Кирхгофа.

9. Закон Ламберта.