2. Проектування тепловідбивних екранів

У роботі [1] показана висока ефективність застосування відбивного екранування для локалізації випромінювання від промислових теплових джерел.

Розрахункова схема екранування приведена на рисунку 3.2.

Тепловий потік q_д-о, зустрічаючи на шляху екран з високої тепловідбивною здатністю, відбивається від нього в основному назад до джерела (q_е-д) і лише деяка частка його поглинається екраном. Нагріваючись в результаті поглинання деякої кількості енергії до температури T_е, екран у свою чергу стає джерелом випроміння і від екрана виникає тепловий потік q_е-о. Однак це випромінювання в значній мірі ослаблено. Якщо установити ряд екранів, то випромінювання можна значно знизити.

Рисунок 3.2 – Розрахункова схема екранування джерела випромінювання

Умовні позначення на рисунку та у формулах:

q_д-о – інтенсивність теплових випромінювань від джерела до об'єкта опромінення (без екрана), Вт/м²;

q_е-д – відбитий тепловий потік від екрана до джерела випромінювання, Вт/м²;

q_е-о – тепловий потік від екрана до об'єкта опромінення, Вт/м²;

T_д – температура джерела випромінювання, К;

T_е – температура екрана, К;

T_о – температура об'єкта опромінення, К.

Тепловий потік q_д-о до установки екрана можна визначити за законом Стефана-Больцмана

, (3.15)

Після установки екрана тепловий потік дорівнює

, (3.16)

Зниження потоку екраном дорівнює

, (3.17)

Коефіцієнт m також називають коефіцієнтом зниження теплового потоку.

У роботі [1] показано, що при наявності n екранів і різних матеріалів джерела й екрана зниження потоку екраном дорівнює

(3.18)

Відбивні якості екрана характеризуються відношенням , яке показує, що чим нижче ступінь чорності екрана , тим більше знижується потік.

Якщо матеріал джерела випромінювання й екрана однаковий, то при одному екрані потік зменшується в два рази

(3.19)

Можна запропонувати наступну схему проектування екрана, що локалізує джерело випромінювання:

1. Звичайно температура джерела випромінювання T_д відома. Тому визначаємо коефіцієнт зниження температури джерела від T_д до T_е.

, (3.20)

де T_д – температура джерела випромінювання з урахуванням її зростання при екрануванні на 30-40 %, К;

T_д = 1,35t_д + 273, К (3.21)

t_д – температура джерела випромінювання до установки екрана, С;

T_е  35 + 273  308 К

2. Визначаємо необхідний коефіцієнт зниження теплового потоку

, (3.22)

Якщо t_д  400 С, то m_нб  ⁴ (При цьому погрішність розрахунку дорівнює +3 %).

3. Задаємося матеріалом екрана і визначаємо по [1, 2] _д, _о, _е.

4. Визначаємо приведені ступені чорності

(3.23)

(3.24)

5. Визначаємо необхідна кількість екранів

(3.25)

Для алюмінієвих екранів приведений ступінь чорності _е-о може бути прийнята в 10 разів менше приведеного ступеня чорності стінки печі (джерела), тобто .

Тоді

(3.26)

Матеріал тепловідбивних екранів (додаток Б):

– алюмінієвий лист;

– алюмінієва фольга (альфоль);

– біла жерсть;

– сталеві листи, пофарбовані алюмофарбою;

– загартовані скло з плівковим покриттям.

Достоїнства тепловідбивних екранів:

– простота конструкції;

– порівняно малі габарити екранів;

– зручність в експлуатації;

– ефективне зниження теплових променів (при установці двох і більше екранів).

До недоліків варто віднести можливість зниження ефективності екранування при зміні відбивної здатності матеріалу екрана (коли екран темніє).

Тепловідбивні екрани застосовують для екранування печей для нагрівання під обробку тиском, під термообробку і т.п., а також для облицювання постів управління.