Интеллектуальная среда дистанционного обучения и дизайна
http: econom.misis.ru, fdisto.misis.ru; e-mail: vaosadchy@yandex.ru
На главную Контакты Выполнить расчёт (запустить приложение)

Тепловое излучение

    Алгоритм расчёта прозрачного экрана от теплового излучения

    Любое тело, имеющее отличную от абсолютного нуля температуру, излучает энергию в виде электромагнитных волн с длиной волны от нуля до бесконечности. В зависимости от агрегатного состояния вещества его излучение может быть сплошным (твёрдые вещества, жидкости) и дискретным (пары и газы). Тепловым излучением называют излучение в видимом (длина волны λ= 0,4...0,75 мкм) и ближнем инфракрасном (λ = 0,75...2,5 мкм) спектральном диапазоне.

    Защита от тепловых излучений имеет большое гигиеническое, техническое и экономическое значение. Для локализации тепловых потерь и защиты рабочих мест в зависимости от интенсивности теплового облучения (плотности теплового потока) используют многие вилы непрозрачных, полупрозрачных и прозрачных экранов.

    По принципу действия экраны подразделяются на теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие. Однако это деление в известной степени условно, так как каждый экран обладает способностью отражать, поглощать и отводить тепло. Отнесение экрана к той или иной группе производится в зависимости от того, какая способность более сильно выражена. При конструировании экрана стремятся получить низкую степень черноты обеих его поверхностей (как у теплоотражащих экранов), высокое термическое сопротивление (как у теплопоглощающих экранов) и благоприятные условия для естественного движения воздуха вдоль экрана (для конвективного теплоотвода).

    Экраны и завесы можно разделить на три типа: I - непрозрачные, II - полупрозрачные, III - прозрачные.

    В непрозрачных экранах поглощаемая энергия электромагнитных колебаний, взаимодействуя с веществом экрана, превращается в тепловую энергию. При этом экран нагревается и, как всякое нагретое тело, излучает электромагнитные колебания. Излучение поверхностью экрана, противолежащей экранируемому источнику, условно (рассматривается как пропущенное экраном излучение источника.

    В прозрачных экранах пропущенное излучение, взаимодействуя с веществом экрана, минует стадию превращения, в тепловую энергию и распространяется внутри экрана по законам геометрической оптики, что и обеспечивает видимость через экран.

    К типу I относятся металлические водоохлаждаемые и футерованные, асбестовые, альфолевые, алюминиевые экраны.

    К типу II относятся экраны из металлической сетки, цепные завесы, экраны из стекла, армированного металлической сеткой; все эти экраны могут орошаться водяной пленкой.

    К типу III относятся экраны из различных стекол: силикатного, кварцевого и органического, бесцветного, окрашенного и металлизированного, пленочные водяные завесы, свободные и стекающие по стеклу, вододисперсные завесы.

    Прозрачные экраны применяются для смотровых проёмов пультов и кабин управления, щитков и т.д. Как правило, прозрачные экраны изготовляют из закаленных и незакаленных силикатных стекол с пленочными покрытиями или без них; силикатных стекол, армированных стальной сеткой; органических стекол и т.д. Границы применимости стеклянных экранов определяются величиной плотности падающего теплового потока (облученности), в свою очередь зависящего от температуры источника излучения.

    Материал прозрачного экрана должен обладать минимальным кажущимся коэффициентом пропускания Ds для инфракрасных лучей и достаточным - для видимых.

    В настоящее время для экранов используют стекло силикатное, кварцевое и органическое, бесцветное, окрашенное, тонкие металлические пленки, осажденные на стекле.

   

    Q - тепловой поток источника тепловых выделений, Вт; ρпэ - плотность теплового потока перед экраном, Вт/м2; ρрм - плотность теплового потока на рабочем месте, Вт/м2, l - расстояние от источника излучения до экрана, м

Рисунок 2 - Излучение кладкой печи через рабочее отверстие

    Целевая функция:

    Создание математической модели прозрачного экрана от теплового излучения, позволяющей подбирать параметры экрана, при которых плотность теплового потока на рабочем месте ρрм не будет превышать нормативные.

    Входные переменные:

    F - площадь источника излучения, м2;

    l - расстояние от источника излучения до экрана, м;

    а - расстояние между центром источника и перпендикуляром на плоскость источника, м;

    Tии - температура источника излучения, К;

    Tэф - эффективная температура перед прозрачным экраном, К;

    εп - степень черноты поверхности экрана;

    - материал экрана.

    Рассчитать перпендикуляр, восстановленный из центра источника и центра окна пульта управления по формуле

(5)

    Рассчитать косинус угла между нормалью к поверхности источника и линией, соединяющей центры источника и приемника излучения по формуле

(6)

    Тепловой поток Q от кладки нагревательной печи вычисляется по формуле

[Вт], (1)

где Со - приведенный коэффициент излучения абсолютно черного тела, Со = 5,67 Вт/м2К4.

    Плотность теплового потока перед экраном вычисляется по формуле

[Вт/м2] (2)

    Выбрать по рисунку 1 материал для экрана произвольно. По графику на рисунке определить эффективность теплозащиты экрана Кэ, исходя из Тии и материала экрана

    1 - закаленное теплопоглощающее стекло, окрашенное в массе, светопропускание 40 %; 2 - закаленное теплопоглощающее стекло, окрашенное в массе, светопропускание 70 %; 3 - сетка со стекающей водой; 4 - двойная сетка; 5 - заклеенное теплоотражающее стекло с пленочным покрытием, светопропускание 80 %; 6 - органическое стекло; 7 - закаленное силикатное стекло со стальной сеткой; 8 - закаленное силикатное стекло; 9 - одинарная сетка; 10 - водяная завеса.

Рисунок 1 - График зависимости нижнего предела эффективности теплозащиты в зависимости от температуры источника тепловых излучений

    Поглощенная плотность теплового потока вычисляется по формуле

[Вт/м2] (3)

    Плотность теплового потока на рабочем месте находится по формуле

[Вт/м2] (4)

    Выходные данные:

    ρр.м. - плотность теплового потока на рабочем месте.

    Экранная форма программы выглядит следующим образом:

    Пример экранной формы.

    Ссылка “Возврат на один уровень вверх” осуществляет переход на предыдущую страницу.