Использование экранов для защиты от излучения

Для защиты от перегрева некоторых элементов теплотехнического оборудования требуется уменьшить лучистый теплообмен. В этом случае между излучателем и обогреваемым элементом ставят перегородки, называемые экранами.

Рассмотрим систему из двух тел, аналогичную изображенной на рис.

12.4. Установим между ними экран (рис. 12.6). •.

Лучшую защиту второго тела от излучения первого обеспечит абсолютно белый экран, полностью отражающий все падающие на него излучения. Реально можно сделать экран из полированных металлических пластин со степенью черноты е, = 0,05…0,15. В этом случае часть энергии, испускаемой первым телом, будет поглощаться экраном, а остальная — отражаться. В стационарном режиме вся поглощенная экраном энергия будет излучаться им на второе тело, в результате чего будет осуществляться передача теплоты излучением от первого тела через экран на второе. Оценим роль экрана, исключив из рассмотрения конвекцию и теплопроводность. Примем, что Е = 82 = ?э = е и Т > Тг. Термическое сопротивление теплопроводности тонкостенного экрана практически равно нулю, так что обе его поверхности имеют одинаковые температуры Т_э.

Приведенные степени черноты системы: первое тело — экран и экран — второе тело в соответствии с (12.22) одинаковы и оавны:

От более горячей пластины экрану передается теплота, плотность потока который.

Рис. 12.6. Лучистый теплообмен между двумя поверхностями через экран

а от экрана к более холодной поверхности.

В стационарном режиме q_э = дъ, т. е.

откуда Подставляя полученное выражение в (12.23) или (12.24), получаем:

Это и есть плотность теплового потока q^_y передаваемого от первой пластины к второй при наличии между ними экрана.

Без экрана

Из сравнения выражений (12.25) и (12.26) следует д^Ы, 2 = 0,5, т. е. установка одного экрана при? i = ?2 =? уменьшает поток излучения вдвое. Можно показать, что при установке п экранов с е_э *? (s = ?j = е₂).

Если е = 0,8 (окисленная стальная поверхность), а е, = 0,1, то при наличии одного экрана q_x2 /q_l2 =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 с зазорами или фольги, широко применяемой в последнее время. Для исключения конвекции и теплопроводности из зазоров часто откачивается воздух. Такая изоляция называется вакуумно-многослойной.