15. Экранирование как способ защиты от теплового излучения

Экраном в теории теплообмена излучением называют тонкое непрозрачное для тепловых лучей тело с высокой отражательной способностью, предназначенное для защиты от теплового излучения.

Рассмотрим две параллельные изотермические пластины с температурами Т₁>T₂, разделенные экраном, температура которого Т_э (рис. 3.40). Степени черноты материала пластин и экрана обозначим соответственно ε₁, ε₂ и ε_э. Площади пластин и экрана равны S₁= S₂= S_э= S.

Из уравнения (3.123) следует, что экран уменьшает плотность теплового потока

, (3.127)

где С_пр, С_пр1, С_пр2 – приведённые коэффициенты излучения между двумя пластинами, первой пластиной и экраном и второй пластиной и экраном соответственно

В частном случае, когда степени черноты материала пластин и экрана равны ε₁=ε₂=ε_э, будут равны и приведенные коэффициенты излучения С_пр1=С_пр2=С_пр и отношение (3.127) становится равным двум, т.е. один экран уменьшает поток энергии излучения вдвое. Если между пластинами установить n одинаковых экранов при ε₁=ε₂=ε_э, то поток энергии излучения уменьшится в (n+1) раз.

Пример 6. Определить, во сколько раз уменьшается поток энергии излучения, если между серыми пластинами (ε₁=ε₂=ε=0,8) установлен экран с более высокой отражающей способностью (ε_э=0,2).

Решение. Вычислим приведенные коэффициенты излучения

; .

Из формулы (3.127)

,

т.е. один непрозрачный экран, отражающая способность которого (1–ε) в четыре раза больше отражающей способности пластин, уменьшает поток энергии излучения в 7 раз.

15. Сложный (радиационно-конвективный) теплообмен

При теплообмене между поверхностью тела и окружающей средой (рис. 3.41) разделение общего процесса переноса тепла на теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение является условным. В действительности эти явления протекают одновременно и влияют друг на друга: конвекция сопровождается тепловым излучением, а тепловое излучение – конвекцией.

Плотности теплового потока при конвективном теплообмене между поверхностью тела с температурой Т_п и окружающей средой с температурой T_c определяется уравнением теплоотдачи

, (3.128)

а при теплообмене излучением

. (3.129)

Общая плотность теплового потока с учетом того, что

(3.130)

Расчет сложного теплообмена может проводиться по формуле конвективного теплообмена (3.128)

или

, (3.131)

где – коэффициент теплоотдачи, учитывающий излучение; – коэффициент теплоотдачи конвекцией.

Пример 7. Определить коэффициент теплоотдачи излучением с поверхности металлической отливки в открытом пространстве при температуре Т_п=1000^оС, степень черноты отливки ε=0,8, температура окружающей среды Т_с=20^оС.

_{Решение}. По формуле (3.131) с учетом того, что

15. Вопросы для самоконтроля

1. Характеристики теплового излучения.

2. Радиационные характеристики тел. Чем характеризуются абсолютно белое, черное и прозрачное тела? Диффузное и зеркальное отражение, цветные тела.

3. Законы Планка, Вина, Стефана-Больцмана, Кирхгофа, Ламберта.

4. Определение эффективного излучения для прозрачных и непрозрачных тел.

5. Расчет теплообмена излучением между бесконечными пластинами. Приведенная степень черноты.

6. Теплообмен излучением между телами, когда одно тело находится внутри другого.

7. Экранирование как способ защиты от теплового излучения.

8. Что такое сложный (радиационно-конвективный) теплообмен?

9. Как определяется коэффициент теплоотдачи, учитывающий излучение?