2. Проектирование теплоотражательных экранов

В работе [1] показана высокая эффективность применения отражательного экранирования для локализации излучения от промышленных тепловых источников.

Расчетная схема экранирования приведена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Расчетная схема экранирования источника излучения

Обозначения на рисунке:

q_и-о – интенсивность тепловых излучений от источника к объекту облучения (без экрана), Вт/м²;

q_э-и – отраженный тепловой поток от экрана к источнику излучения, Вт/м²;

q_э-о – тепловой поток от экрана к объекту обучения, Вт/м²;

T_и – температура источника излучения, К;

T_э – температура экрана, К;

T_о – температура объекта облучения, К.

Поток излучения q_и-о, встречая на пути экран с высокой теплоотражательной способностью, отражается от него в основном обратно к источнику (q_э-и) и лишь некоторая доля его поглощается экраном. Нагреваясь в результате поглощения некоторого количества энергии до температуры T_э, экран в свою очередь излучает тепловой поток q_э-о. Однако это излучение в значительной степени ослаблено. Если установить ряд экранов, то излучение можно значительно снизить.

Тепловой поток q_и-о до установки экрана можно определить по закону Стефана-Больцмана

, (3.15)

После установки экрана тепловой поток равен

, (3.16)

Снижение потока экраном равно

, (3.17)

Коэффициент m также называют коэффициентом снижения теплового потока.

В работе [1] показано, что при наличии n экранов и разных материалах источника и экрана снижение потока экраном равно

(3.18)

Отражательные качества экрана характеризуются отношением , показывающим, что чем ниже степень черноты экрана , тем больше снижается поток.

Если материал источника излучения и экрана один и тот же, то при одном экране поток уменьшается в два раза

(3.19)

Можно предложить следующую схему проектирования экрана, локализующего источник излучения:

1. Обычно температура источника излучения T_и известна. Поэтому определяем коэффициент снижения температуры источника от T_и до T_э.

, (3.20)

где T_и – температура источника излучения с учетом ее возрастания при экранировании на 30-40 %, К;

T_и = 1,35t_и + 273, К (3.21)

t_и – температура источника излучения до установки экрана, С;

T_э  35 + 273  308 К

2. Определяем требуемый коэффициент снижения теплового потока

, (3.22)

Если t_и  400 С, то m_тр  ⁴ (При этом погрешность расчета равна +3 %).

3. Задаемся материалом экрана и определяем по [1, 2] _и, _о, _э.

4. Определяем приведенные степени черноты

(3.23)

(3.24)

5. Определяем требуемое количество экранов

(3.25)

Для алюминиевых экранов приведенная степень черноты _э-о может быть принята в 10 раз меньше приведенной степени черноты стенки печи (источника), т.е. .

Тогда

(3.26)

Материал теплоотражательных экранов:

– алюминиевый лист;

– алюминиевая фольга (альфоль);

– белая жесть;

– стальные листы, окрашенные алюмокраской;

– закаленные стекла с пленочным покрытием.

Достоинства теплоотражательных экранов:

– простота конструкции;

– сравнительно малые габариты экранов;

– удобство в эксплуатации;

– эффективное отражение тепловых лучей (при установке многослойных экранов).

В качестве недостатка следует отнести возможность снижения эффективности экранирования при изменении отражательной способности материала экрана (когда экран тускнет).

Теплоотражательные экраны применяют для экранирования печей для нагрева под обработку давлением, под термообработку и т.п., а также для облицовки постов управления.