Влияние экранов на лучистый теплообмен
Для защиты' от перегрева некоторых элементов теплотехнического оборудования требуется уменьшить лучистый теплообмен. Например, чтобы оградить рабочих от действия теплового излучения в горячих цехах, где имеются поверхности с высокими температурами. В других случаях необходимо защитить деревянные части зданий в целях предотвращения воспламенения. В этом случае между излучателем и обогреваемым элементом ставят перегородки, называемые экранами.
Обычно экран представляет собой тонкий металлический лист с большой отражательной способностью, причем температуры обеих поверхностей экрана можно считать одинаковыми.
Рассмотрим действие экрана, установленного при лучистом теплообмене между двумя плоскими безграничными параллельными поверхностями, причем передачей теплоты конвекцией будем пренебрегать (см. рис. 2.46).
Температуры стенок и экрана поддерживаются
*&! 2Я постоянными, причем Т\ > Т2. Поверхности стенок и экрана
Шр3222а2Ш322ййШ считаются одинаковыми и имеют одну и ту же степень
__2_____ 1^2___ ®222. черноты Е\ - е2 = еэк = б, следовательно, коэффициенты
ггтттттгттгг^гтгтгтгтгтттггттл тлУчения стенок и экрана равны между собой. Тогда щ/////////Л/*^/////////////^ приведенные коэффициенты излучения между поверхностями
1 2 без экрана, между первой поверхностью и экраном, экраном и
Рис. 2.46. Схема лучистого ВТ0Р0Й поверхностью также равны между собой и равны С„р.
теплообмена между двумя Удельный лучистый тепловой поток до, Вт/м2,
поверхностями через экран передаваемый от первой поверхности ко второй без экрана,
| (2.166) |
| <7о = С, |
| пр |
определяем по формуле
| _^1оо^ | ( т2 )А] [юо) _ |
Тепловой поток д\, Вт/м2, передаваемый от первой поверхности к экрану, находим по формуле
| пр |
Й-С
| ^100, |
4 ,т ч4
(2.167)
а от экрана ко второй поверхности яг, Вт/м2, по уравнению;
| пр |
?2=С
| Ч |
{ т \4 /^ 71. ^4
VI00;
(2.168)
| юо; 1^100^ |
При установившемся тепловом состоянии д\ = #2, поэтому
| = с |
^4
| 'пр |
| яр |
| и |
_ эк
| ч100, |
(2.169)
Отсюда можно выразить отношение, из которого находится температура экрана Тэк, К
| у, >4 |
г \4 / „ 44"
| (2.170) |
| .100 |
юо; "Чюо;
Подставляя полученную температуру экрана в уравнение (2.167) или (2.168), получаем
| _1 |
%2 = -С»р
чюо;
4 /
(2.171)
Сравнивая уравнения (2.166) и (2.171), находим, что установка одного экрана при принятых условиях уменьшает удельный лучистый тепловой поток в два раза
(2.172)
Аналогично можно доказать, что установка двух экранов уменьшает лучистый - тепловой поток втрое, установка трех экранов уменьшает лучистый тепловой поток вчетверо
ит.д.
Таким образом, при установке п экранов можно записать
Яп =
и + 1
(2.173)
При установке п экранов в случае, если еэк Фе{е\ = е2 = е), справедливо отношение
п _
% 1 + л
е(2-ея) еж(2-е)
(2.174)
Значительный эффект уменьшения теплообмена излучением получается при использовании экрана из полированного металла. Если е = 0,8 (окисленная стальная поверхность), а еэк =0,1 (полированная металлическая поверхность), то при наличии одного экрана ^^^^^ = 0,073, т. е. лучистый тепловой поток уменьшается более чем в 13 раз. При наличии трех таких экранов лучистый теплообмен снижается в 39 раз! На этом основано конструирование специальной изоляции, состоящей из множества полированных металлических пластин или фольги с зазорами, широко применяемой в последнее время. Для исключения конвекции и теплопроводности из зазоров часто откачивается воздух. Такая изоляция называется вакуумно-многослойной.