Экранирование как способ защиты от теплового излучения

Экраном в теории теплообмена излучением называют тонкое непрозрачное для тепловых лу­чей тело с высокой отражательной способно­стью, предназначенное для защиты от теплового излучения.

Рассмотрим две параллельные изотермические пластины с температурами Т₁>Т₂ разделенные экраном, температура которого Т_э (рис. 3.6). Степени черноты материала пластин и экрана обозначим соответственно ε₁, ε₂ и ε_э. Площади пластин и экрана равны, S₁= S₂ = S₃ = S.

рис. 3.6.

Плотности потока излучения с первой пла­стины на экран

q_1-э = С_пр1 (Т₁⁴ – Т_э⁴), (3.22)

где С_пр1 = σ ε_пр1 = σ/(ε₁^-1 + ε_э^-1 – 1)^-1,

с экрана на вторую пластину

q_э-2 = С_пр2 (Т_э⁴ – Т₂⁴), (3.23)

где С_пр2 = σ ε_пр2 = σ/(ε₂^-1 + ε_э^-1 – 1)^-1

При установившемся (стационарном) режиме плотности потоков из­лучения от первой пластины к экрану и от экрана ко второй пластине равны, т.к. экран тонкий и не поглощает тепло. Поэтому из равенства правых частей уравнений (3.22, 3.23)

С_пр1 (Т₁⁴ – Т_э⁴) = С_пр2 (Т_э⁴ – Т₂⁴)

можно определить температуру экрана

Т_э⁴ = (С_пр1Т₁⁴ + С_пр2Т₂⁴)/(С_пр1 + С_пр2) (3. 24)

Подставляя эту температуру в уравнения (3.22, 3.23), найдем плот­ности тепловых потоков с экраном:

q_1-э = q_э-2 = q_1-э-2 = (Т₁⁴ – Т₂⁴) (3.25)

При теплообмене без экрана плотность теплового потока

q_1-2 = С_пр (Т₁⁴ – Т₂⁴) (3.26)

где С_пр = σ ε_пр = σ/(ε₂^-1 + ε₁^-1 – 1)^-1.

Из сравнения уравнений (3.25, 3.26) видно, что экран уменьшает плотность теплового потока,

q_1-2 /q_1-э-2 = C_пр (С_пр1 + С_пр2)/С_пр1С_пр2 (3 27)

В частном случае, когда степени черноты материала пластин и экрана равны ε1=ε2=ε_э, будут равны и приведенные коэффициенты излучения Спр1=Спр2=Спр, и отношение (3.27) становится равным двум, т.е. один экран уменьшает поток энергии излучения вдвое. Если между пласти­нами установить n одинаковых экранов при ε1=ε2=εэ, то поток энергии излучения уменьшится в (n+1) раз.

На практике встречаются не только плоские, но и цилиндриче­ские, сферические экраны, экраны произвольной формы. При выводе расчетных уравнений для этих экранов необходимо учитывать угло­вые коэффициенты излучения, зависящие от площади поверхностей S1, S2, S3. Поэтому величина потока излучения будет определяться не только отражательной способностью экрана, но и его положением в системе тел, обменивающихся энергией.