Уравнение распределения лучистого потока для серого тела

ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ

Рис. 2.61. График для опреде­ления поправочного коэффи­циента к, к формуле (2.335)

Особенностью теплообмена излучением является то, что такой теплообмен не требует непосредственного контакта тел. Излучение рассматривается как процесс распространения электромагнитных волн, испускаемых телом. Излучение энергии сводится к преобразованию внутренней энергии тела в лучистую энергию электромагнитных колебаний. Излучение электромагнитных волн свойственно всем телам. Спектр излучения большинства твердых и жидких тел сплошной, непрерывный. Это значит, что эти тела обладают способностью
излучать (и поглощать) лучи всех длин волн. Распределение энергии в спектре излучающего тела определяется температурой тела. Носите­лями тепловой лучистой энергии являются волны инфракрасной части спектра излучения с длиной волны 0,4-10″3. 0,8 мм.

Суммарное излучение с поверхности тела по всем длинам волн спектра называется интегральным или полным лучистым потоком. При постоянной плотности интегрального излучения Е излучающей поверхности полный лучистый поток Q (Вт) определяется в соот­ветствии с (2.8) соотношением

В общем случае тело, на которое падает лучистый поток, частично поглощает его, частично отражает и частично пропускает (рис. 2.62). На основании закона сохранения энергии можно написать:

Т0. Тогда количество теплоты, пере­даваемой серым телом черному,

Ер = Е — Еа = Е — ЕоА. (2.346)

В частном случае, при равенстве температур тел, участвующих в лучистом теплообмене (Т= Т0), имеет место тепловое равновесие, при котором Ер — 0. При этом на основании формулы (2.346) Е — Е0А = 0, или

Уравнение (2.347) составляет содержание закона Кирхгофа: отноше­ние энергии излучения тела к его поглощательной способности для всех тел одинаково и равно энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре.

Уравнение (2.347) может быть преобразовано следующим образом:

Т. е. коэффициент поглощения численно равен степени черноты данного тела.

Закон Ламберта дает возможность определить зависимость изменения энергии лучистого потока от его направления по отноше­нию к поверхности тела. Наибольшей интенсивностью обладает излу­чение по нормали к поверхности Еп. По остальным направлениям оно меньше, равно £. и выражается формулой

£ф = Еп cos ф, (2.349)

Где ср — угол между направлением излучения и нормалью (рис. 2.66).

Из закона Ламберта следует, что плотность полусферического излу­чения в пределах телесного угла со = 2тс: Е = Е„к, откуда Е„ = Е/к, Где Е — плотность интегрального полусферического излучения, опреде­ляемого по закону Стефана — Больцмана по формуле (2.345); Е„ — плотность излучения по нормали. Соответственно по направлению

ТЕПЛОТЕХНИКА

СИ единицы

ПРОИЗВОДНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ СИСТЕМЫ (СИ) И ИХ ЕДИНИЦЫ (теплофизические и температурные измерения) Наименование Наименование Обозначение Величины Единицы Единицы Температура Кельвии К Температурный коэффициент Кельвин в ми­ К-‘ Нус первой Степени …

ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ КОМБИНИРОВАНИЕ В ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

В установках утилизации ВЭР вырабатываются: водяной пар, горя­чая вода, электроэнергия, высокотемпературные теплоносители (ВОТ, соляные и др.), охлажденная вода, горячий воздух, механическая энергия для непосредственного привода машин. В зависимости от роли …

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ВЭР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДА

Одним из способов использования низкотемпературных ВЭР явля­ется применение термотрансформаторов. Этот метод может быть применен для использования теплоты загрязненных горячих жидкостей в результате их самоиспарения под вакуумом, т. е. минуя поверх­ностные …

Продажа шагающий экскаватор 20/90

Цена договорная
Используются в горнодобывающей промышленности при добыче полезных ископаемых (уголь, сланцы, руды черных и
цветных металлов, золото, сырье для химической промышленности, огнеупоров и др.) открытым способом. Их назначение – вскрышные работы с укладкой породы в выработанное пространство или на борт карьера. Экскаваторы способны
перемещать горную массу на большие расстояния. При разработке пород повышенной прочности требуется частичное или
сплошное рыхление взрыванием.
Вместимость ковша, м3 20
Длина стрелы, м 90
Угол наклона стрелы, град 32
Концевая нагрузка (max.) тс 63
Продолжительность рабочего цикла (грунт первой категории), с 60
Высота выгрузки, м 38,5
Глубина копания, м 42,5
Радиус выгрузки, м 83
Просвет под задней частью платформы, м 1,61
Диаметр опорной базы, м 14,5
Удельное давление на грунт при работе и передвижении, МПа 0,105/0,24
Размеры башмака (длина и ширина), м 13 х 2,5
Рабочая масса, т 1690
Мощность механизма подъема, кВт 2х1120
Мощность механизма поворота, кВт 4х250
Мощность механизма тяги, кВт 2х1120
Мощность механизма хода, кВт 2х400
Мощность сетевого двигателя, кВ 2х1600
Напряжение питающей сети, кВ 6
Более детальную информацию можете получить по телефону (063)0416788

Уравнение распределения лучистого потока для серого тела

Законы теплового излучения. Лучистое тепло.

На второй странице мы рассмотрим еще кое-какие законы про тепловое излучение. После этого я расскажу Вам некоторые факторы для того, чтобы вычислять излучения некоторых отдельных материалов. И приступим к решению практических задач на вычисление тепловых потерь. Рассмотрим обязательно задачи на вычисления тепловых потерь наших окон через стекло.

И так приступим.

Теплообмен излучением между двумя телами

Рассмотрим теплообмен излучением между двумя параллельными серыми поверхностями с площадью А каждая, расстояние между которыми мало сравним с их высотой и шириной. При этом условии излучение каждой из них обязательно попадает на другую.

Температура первой поверхности — T₁ коэффициент излучения — С₁ и коэффициент поглощения — В₁ У второй поверхности — соответственно Т₂, С₂ и В₂. Примем, что Т₁ > Т₂, а окружающая среда диатермична. Лучистый поток, переданный в результате теплообмена первой поверхностью на вторую, по:

Согласно: B+F+D=1, сумма всех коэффициентов равна единице. И не может быть больше или меньше единицы.

D — коэффициент пропускания (от 0 до 1).

Поверхностная плотность лучистого потока, переданного в результате теплообмена первой поверхностью на вторую,

где и Е₁ и Е₂ — излучательности первой и второй поверхностей; F1 и F2 — коэффициенты отражения первой и второй поверхностей.

Знаменатель в формуле 1 и 2 может быть представлен в следующем виде:

Подставляя (формулу 3) в (формулу 1), получаем

Учитывая, что для серых тел B=ε=C/C₀

Разделив числитель и знаменатель на С₁С₂/С₀, будем иметь

где С_пр — приведенный коэффициент излучения;

Зависимость показывает, что поверхностная плотность результирующего лучистого потока между двумя параллельными поверхностями равна произведению приведенного коэффициента излучения и разности термодинамических температур в четвертых степенях.

Если бы рассматриваемые поверхности были черными, то С_пр = С0. Результирующий лучистый поток

Рассмотрим случай, когда тело I с площадью наружной поверхности A₁, окружено со всех сторон другим телом II с площадью внутренней поверхности А₂ (Смотри рисунок).

Поверхность внутреннего тела выпуклая, а наружного — вогнутая. Пространство между телами диатермично. Температура поверхности внутреннего тела Т₁ — коэффициент излучения — С₁ и коэффициент поглощения — В₁ Для второго тела: температура поверхности Т₂, коэффициент излучения — C₂ и коэффициент поглощения — В₂.

Площадь поверхности внутреннего тела А₁ не равна площади поверхности А₂, внешнего тела, поэтому следует рассматривать не поверхностные плотности лучистых потоков, а сами лучистые потоки Ф= Е•А. Лучистый поток, переданный при теплообмене между телами,

где ф₂₁ — средний угловой коэффициент излучения, показывающий, какая доля теплового потока Ф₂ попадает на поверхность тела площадью А₁.

Лучистый поток (1 — Ф₂₁)•Ф₂, минуя первое тело, попадает на свою же поверхность площадью А₂. Лучистый поток внутреннего тела складывается из потока собственного излучения E₁•A₁, и той части падающего на него лучистого потока от второго тела, которую первое тело отражает:

Лучистый поток второго тела состоит из потока собственного излучения Е₂•А₂ отраженной части падающего на него потока Ф₁, и отраженной части потока (1 — ф₂₁)Ф₂ самого же второго тела:

Заменяя собственные излучения обоих тел Е₁ и Е₂ по закону Стефана—Больцмана и учитывая, что для серых тел В= С/С₀, после преобразований получаем:

Помимо Ф₁₂, неизвестной величиной является средний угловой коэффициент излучения ϕ₁₂. Коэффициент Ф₂₁ не зависит от температур тел и поэтому может быть определен из условия равенства температур обоих тел (Т₁ = Т₂). В этом случае Ф₁₂ = 0, тогда А₁ — ф₂₁ •А₂ = О, откуда получаем

Эти формулы могут быть применены для тел любой формы при условии выпуклости меньшего тела. При малых значениях отношения А₁/А₂ значение коэффициента С₁₂ приближается к С₁ в этом случае можно принять A₁/A₂ = 0 и С₁₂ = С₁.

Защита от теплового излучения (экраны)

Для уменьшения плотности результирующего лучистого потока q’ при теплообмене излучением между телами применяют экраны. Обычно экран представляет собой тонкостенный лист между излучающей поверхностью и поверхностью, защищаемой от излучения.

Рассмотрим две бесконечной протяженности плоскопараллельные поверхности с температурами Т₁ и Т₂. Между поверхностями параллельно им расположен экран — плоский тонкий лист, термическим сопротивлением которого можно пренебречь (Смотри рисунок).

При стационарном режиме температура экрана будет постоянной и равной Т_э.

Поверхностная плотность лучистого потока, переданного от первой поверхности на экран,

При установившемся тепловом состоянии q_э1=q_э2=q’ Рассмотрим частный случай, когда коэффициенты излучения обеих поверхностей одинаковы: С₁=С₂=С, а коэффициент излучения для экрана (на каждой из его сторон) равен С_э Тогда

Если бы экран отсутствовал, то поверхностная плотность лучистого потока

Итак, в общем случае С₁ = С₂ ≠ С_э поверхностная плотность результирующего лучистого потока q’ зависит не только от количества экранов, но и от соотношения между коэффициентами излучающих поверхностей и экрана.

В случае, когда С₁ = С₂ = С_э , имеем С = Спр и q’=0,5q

Полученные соотношения выясняют роль экрана: включение одного экрана (при С₁ = С₂ = С_э) вызывает уменьшение результирующего лучистого потока в два раза, т.е. с помощью экрана осуществляется защита от излучения.

Формулу (11.51) легко обобщить для n параллельно поставленных экранов:

Теперь мы знаем, что экран из фольги примерно удерживает половину тепловых излучений. Что очень не плохо. Ниже мы по решаем задачи, которые дадут понять, сколько энергии уходит излучением.

Задачи будут практически реальными на основе реальных факторов. К задачам будут применены поправочные коэффициенты с целью того, чтобы придти к реальным показателям.

Определить энергию Q, излучаемую за одну минуту из смотрового окошка площадью s=100 см 2 домашней печи. Внутри печки горят сухие дрова. Горящие дрова в печке создают температуру равной 1000 °С.

Температура горения дров 800-1500°С, каменного угля — 900-1200°С.

Шамотный кирпич держит температуру до 1200°С, хотя есть марки шамотного кирпича, которые выдерживают нагрев и до 1350°С, и даже до 1650°С. Это зависит от состава глины, из которой изготовлены кирпичи. Также играет роль термостойкость кладочного раствора, на котором положен шамотный кирпич.

Для решения данной задачи воспользуемся этими формулами. Я рекомендую запомнить эти формулы:

Ф — полная энергия излучения Вт.

С₁ и С₂ — энергия излучения серого тела, Вт/(м 2 •Т 4 ). (Коэффициенты черноты помноженные на С0.)

С0 — Константа, коэффициент, энергии излучения черного тела, С=5,56 Вт/(м 2 •Т 4 )

Т₁ и Т₂ — температура двух излучающих тел, К или °С.

Представим две изолированные области, в одной из которых горят дрова, а в другой находится обычная домашняя комната с комнатной температурой. Красными стрелками обозначены лучи, которые проходят в сквозь это окно. Лучи проходят по всей площади окна во всех направлениях.

Для этого необходимо как бы оказаться в самом окне и просмотреть по разные стороны через окно.

С начало просмотрим, то пространство, в котором находится горящие дрова.

Пространство имеет прямоугольную форму, при виде через окно мы видим данное изображение. Площадь S — указана в процентном соотношение, это означает, что нам необходим лишь вычислить видимую часть нашим глазом. Необходимо площади вычислять не по пластинам самой топки, а видимую часть спроецировать на плоскость, а что получилось на плоскости измерить их площадь и привезти в процентное соотношение. Вся видимая часть на плоскости будет являться 100%.

Температура является средней на всю площадь поверхности.

Коэффициент ε — это коэффициент черноты для данной плоскости. По условию задачи наша топка состоит из кирпича. Поэтому коэффициент черноты для кирпича принимаю равным ε=0,9.

Для угла и древесины принял ε=0,7.

Данная пластина будет соответствовать всем показателям видимой площади топки, то есть:

S=100% = 100см2 = 10х10см.

Итого: Наша вымышленная пластина, а то есть — это проекция видимой части топки на пластине. Назовем ее проекционной пластиной топки.

Параметры проекционной пластины топки:

S=100см 2 — площадь.

Т₁=791 °С — температура

ε₁=0,828 — коэффициент черноты

Предположим, что окошко топки расположено ближе к полу по отношению к комнатному пространству. Если окно расположено, ниже середины высоты комнаты (от пола до потолка), то при наблюдении из окна во все стороны, мы получим меньше площадь пола. Соответственно больше площадь потолка.

Поэтому смотрим изображение комнаты.

Проецируем данное пространство на пластину.

S=100% = 100см2 = 10х10см.

Итого: получили параметры проекционной пластины комнаты.

Параметры проекционной пластины комнаты:

S=100с м2 — площадь.

Т₂=19,62 °С — температура

ε₂=0,849 — коэффициент черноты

Далее необходимо к двум проекционным пластинам применить формулы, которые применяются для нахождения тепловых излучений между двумя параллельными плоскостями.

Не забываем переводить в нужные единицы измерения. Например, сантиметры в метры.

S=100см 2 = 0,01 м 2 Обязательно переводим температуру в Кельвины, просто прибавляем к градусам Цельсия 273,15 единиц.

Т₁=791 °С = 791 + 273,15 = 1064 К.

Т₂=19,62 °С = 19,62 + 273,15 = 292,77 К.

Ответ: 511 Вт лучистой энергии выходит из окна топки в окружающее пространство. Если необходимо посчитать, сколько ватт выходит за определенное время, то обычно данную энергию умножают на количество пройденного часа.

По условию задачи нам надо определить количество лучистой энергии за одну минуту.

1 минута = 1/60 часов.

Расстояния лучей от одного тела к другому телу проходит без изменения, так как воздух между ними является почти прозрачным телом. Доля прозрачности воздуха не берется в расчет, так как его доля не значительна. Если расстояния между телами будут длиной до километра и выше, то следует задуматься над точностью расчетов при прохождении лучей в сквозь воздух.

Что касается разнице длин между телами от 1 до 100 метров, то тепловое излучение, проходя, не испаряется, и не развеивается в разных направлениях.

В задаче мы использовали фокус лучей. Проецируя параметры на пластину, мы как бы избавляем себя от сложных расчетов по методу расчетов реальных стен и их длины от тела.

Так как на самом деле лучи от излучающего тела можно собирать обратным методом. То есть, какой зрительный угол он заполняет нашу точку. И если оно равно 100 %, то и влияние можно считать 100% — это значит, что все лучи исходящие от тела окутывают нашу точку (окно). Пример с костром, если вы находитесь рядом с костром, то он сильнее вас обогревает. А это значит, он близко, и для вас он кажется большим в размере, если судить по заполняющему углу зрения. Если вы отдалитесь от костра, то он окажется маленьким в размерах, и соответственно меньше лучей будет исходить от него.

Наиболее мощный источник инфракрасного излучения в земных условиях — это Солнце, свет которого более чем наполовину состоит из инфракрасных лучей с длиной волны 0,75—2 мк. Ежегодно Земля получает с инфракрасным излучением Солнца 6,7•1020 кал. тепла. Нагретые Солнцем поверхность Земли и атмосфера, в свою очередь, непрерывно излучают тепловые лучи в том же спектральном диапазоне.

Наряду с прямым влиянием инфракрасной радиации на животный организм, о чем речь пойдет ниже, немалое значение имеет и косвенное ее влияние в результате изменения температуры и других физических параметров воздуха.

Поглощение инфракрасных лучей атмосферой, зависящее от присутствия в ней водяных паров, возрастает при увеличении абсолютной влажности. В спектре Солнца появляется, широкая полоса поглощения между 0,9 и 3 мкм. Воздух нагревается не только за счет прямого поглощения инфракрасных лучей, но и вторично, путем конвекции в результате нагрева земной поверхности. По мере увеличения температуры воздуха изменяется его газовый состав: уменьшается содержание кислорода (на экваторе оно на 0,5% меньше, чем в средних широтах). Этот процесс усиливается с повышением содержания в воздухе водяных паров. Кроме того, при нагреве воздух расширяется, в связи с чем снижается давление кислорода у поверхности Земли. Такие атмосферные явления, как ветер, дождь, гроза, в значительной степени обусловлены неравномерным солнечным нагревом земной поверхности и атмосферы. Тропические ураганы — наиболее могучее явление природы, связанное с испарением влаги и образованием конвекционных токов воздуха,— не что иное как способ отдачи тепла, аккумулированного водами тропических морей вследствие нагрева лучами Солнца. Морская вода поглощает до 95% падающей лучистой энергии Солнца. Именно деятельность Солнца, неравномерный нагрев и испарение влаги обусловливают движение воздушных и водных масс, глобальную систему ветров, циклонов и антициклонов, теплых и холодных течений, разнообразие климатических зон, погодных «условий, непосредственно влияющих на жизнедеятельность животных и растений, на самочувствие и состояние людей.

Теперь поговорим о том, как проходят лучи через стекло.

Теплозащитные и энергосберегающие функции окна очень важны для потребителей, ведь через окна теряется от 37% до 56% тепла из помещения.

Оконные стёкла теряют от 4 до 12% процентов проходимого через них света за счёт переотражения. Кроме того, зимой через обычное оконное стекло большая часть тепловой энергии уходит в виде инфракрасного излучения. Летом тепловое излучение свободно проходит через обычное стекло увеличивая затраты на кондиционирование помещения.

Чем горячее тело, тем более короткими волнами оно отдает свое тепло. Если мы не будем рассматривать Солнце, то нас интересует инфракрасный диапазон, который начинается, с длинны 0,75 мкм и больше. Человеческое тело излучает тепло в диапазоне 5-25 мкм с пиком мощности на 9,6 мкм. Общий фон излучения в нагретом помещении находится в районе 16 мкм. Обычное стекло в диапазоне от 0,35 до 2,5 мкм пропускает от 80 до 90% лучей, 8% отражает, и от 2 до 12% поглощает. Волны длиной более 2,5 мкм поглощаются стеклом почти полностью. Поглощаясь, они отдают свою энергию и стекло нагревается. Нагретое стекло само является источником теплового излучения с длиной волны более 16 мкм, которое переносит тепло следующему стеклу, и так далее. Последнее стекло, нагреваясь от предыдущего, излучает тепло в атмосферу.

Итак, выбор стекла должен определяться не только эстетическими соображениями, но и оптико-энергетическими характеристиками остекления и его биологическим воздействием. Чтобы грамотно применять современные виды строительного стекла, необходимо понимать, что такое солнечное излучение.

Рассмотрим основные составляющие солнечного излучения:

Световые лучи частично отражаются стеклом, частично поглощаются и часть из них попадает внутрь помещения, для чего, собственно, и существует остекление. Коэффициент светопропускания стекла от 88% (для обычного полированного стекла) до 19% (специального).

Прямая солнечная энергия (короткие волны) — это невидимая часть спектра, она также частично отражается стеклом (особенно темным, окрашенным), а часть ее проходит внутрь помещения. Солнечный фактор состоит из энергии прямого прохождения и поглощенной стеклом энергии , которую оно передает внутрь.

Косвенная солнечная энергия (длинные волны) передается тремя путями:

2/3 потери тепла через стекло происходит за счет теплового излучения и 1/3 за счет теплопроводности и конвекции.

Придавая стеклу определенные свойства (создавая различные типы стекол) можно влиять на проникновение в помещение того или иного вида световой энергии. Остановимся на наиболее распространенных типах стекол, применяемых в современных окнах.

Теплоизоляция в зимний период является наиболее важной функцией стекол для большинства регионов России. Как уже говорилось выше, потери тепла через стекло складываются из теплопроводности, конвекции и теплового излучения. Для уменьшения потерь тепла от теплопроводности и конвекции, применяют двойное остекление (стеклопакеты), но это дает лишь незначительный эффект, т.к. основная доля теплопотерь происходит за счет теплового излучения. Для уменьшения этого вида излучения разработаны так называемые энергосберегающие стекла.

В настоящее время проблема энергосбережения стоит чрезвычайно остро во всем мире, поэтому все крупнейшие производители стекла, такие как: Пилкингтон, Главербел и другие, освоили выпуск энергосберегающих стекол.Придание энергосберегающих свойств стеклу связано с нанесением на его поверхность низкоэмиссионных оптических покрытий, а само стекло с таким покрытием получило название низкоэмиссионного. Эти покрытия обеспечивают прохождение в помещение коротковолнового солнечного излучения, но препятствуют выходу из помещения длинноволнового теплового излучения, например от отопительного прибора (поэтому стекла с низкоэмиссиоными покрытиями называют «селективными стеклами»).

Характеристикой энергосбережения является излучательная способность стекла. Под излучательной способностью стекла (эмиссией) понимают способность стеклянной поверхности отражать длинноволновое невидимое человеческим глазом тепловое излучение, длина волны которого меньше 16000 Нм. Эмисситент поверхности (Е) определяет излучательную способность стекла (у обычного стекла Е составляет

0.83, а излучательная способность селективных стекол меньше 0,04), и, следовательно, и способность как бы «отражать» обратно в помещение тепловое излучение.

Причина возникновения излучения кроется в движении свободных электронов атомов, находящихся на поверхности стекла, и плотности движущихся электронов. Далеко не все металлы, хорошо проводящие электрический ток, обладают свойством отражать длинноволновое тепловое излучение. Следовательно, чем ниже эмисситент, тем меньше потери тепла. При этом стекло с оптическим покрытием, имеющим значение эмисситента Е=0,04, отражает обратно в помещение свыше 90% тепловой энергии, уходящей через окно.

В настоящее время для этих целей используется два типа покрытий: так называемое К-стекло (Low-Е) — “твердое” покрытие и i-стекло (Double Low-E) — “мягкое” покрытие. Первым шагом в выпуске энергосберегающего стекла явилось производство К-стекла. Для придания Флоат-стеклу теплосберегающих свойств непосредственно при его изготовлении, на его поверхность методом химической реакции при высокой температуре (метод пиролиза) создается тонкий слой из окислов металлов InSnO2, который является прозрачным и в то же время обладает электропроводностью. Известно, что электропроводность напрямую связана с излучательной способностью Е поверхности. Величина излучательной способности простого стекла составляет

0,84, а у К-стекла обычно около 0,2.

Следующим значительным шагом в производстве теплосберегающих стекол стал выпуск т.н. i-стекла, которое по своим теплосберегающим свойствам в 1,5 раза превосходит К-стекло. Различие между К-стеклом и i-стеклом заключается в коэффициенте излучательной способности, а также технологии его получения. i-стекло производится вакуумным напылением и представляет собой трехслойную (или более) структуру из чередующихся слоев серебра диэлектрика (BiO, AIM, TiO2 и т.п.). Технология нанесения требует использования высоковакуумного оборудования с системой магнетронного распыления. Основным недостатком i-стекол является их сравнительно пониженная абразивная стойкость по сравнению с К-стеклом, что представляет некоторые неудобства при их транспортировке, но, учитывая, что такое покрытие находится внутри стеклопакета, это не сказывается на его эксплуатационных свойствах. Основным применением стекол является их использование в составе стеклопакетов, теплосберегающие свойства которых во многом определяются параметрами покрытия на стекле.

Под “солнцезащитным стеклом” понимается стекло, которое обладает способностью снижать пропускание световой и/или солнечной тепловой энергии. Солнцезащитными являются, например, окрашенные во всей массе стекла, а также некоторые виды стекол с покрытиями. До недавнего времени, значения пропускания полного излучения и естественного света через стекло во внутреннее помещение были почти прямо пропорциональны друг другу. Величина пропускания естественного света солнцезащитными стеклами снижалась при уменьшении величины проникания излучения в целом. Темный цвет солнцезащитных стекол означал, что они эффективно защищают от солнечного излучения. Только стекла зеленого цвета были исключением из правила.

По механизму действия солнцезащитные стекла можно разделить на 2 группы: преимущественно отражающие излучение и преимущественно поглощающие излучение. Для поверхности стекол 1 группы характерен тонкий металлический слой, наносимый в процессе производства, который препятствует проникновению излучения через стекло. Следует отметить, что отражающие слои, одновременно, частично поглощают излучение. При изготовлении поглощающих стекол на расплавленную стекольную массу наносятся либо кристаллы металлов, либо окислы металлов, которые обладают способностью поглощать часть солнечного излучения. В процессе поглощения излучения стекла нагреваются и отдают большую часть полученного ими тепла в наружное пространство. Часть тепла, однако, передается внутрь помещения, что является, конечно, нежелательным явлением, увеличивая потребность энергии на охлаждение помещения.

Конструкции, сочетающие в себе отражающие покрытия и покрытия с низкой излучательной способностью, являются новым изделием. Полностью отражающие поверхности прозрачных стекол получают путем последовательного нанесения покрытия на поверхность стекла. Как правило, количество покрывающих слоев пять, из которых четыре — это слои окислов металлов, а работающий слой — серебряный. Серебро обладает способностью пропускать видимый свет, как и обычное стекло. В случае, когда длина волны больше 0,76 мкм, серебро почти полностью отражает все излучение. Кроме того, такие стекла обладают и хорошей теплоизолирующей способностью.

В микрофильтрующих стеклах на поверхности стекол путем травления или с помощью пескоструйной обработки создаются участки, имеющие форму микропризм. С помощью шелкографии можно получить почти аналогичным образом работающие участки. Общее в них то, что обработке подвергается только часть поверхности стекла. При выполнении операции нанесения рисунка учитывают положение солнца над горизонтом, чтобы углы микропризм работали при самом минимальном угле встречи с тепловым солнечным излучением. Когда угол встречи солнечного излучения становится меньше, растет доля отражающей способности. По внешнему виду микрофильтрующие стекла мало чем отличаются от обычных стекол.

Ламинированное стекло (триплекс) — это архитектурное стекло, состоящее из двух или более стекол, ламинированных вместе с помощью ламинирующей пленки или специальной ламинирующей жидкости. Основная задача триплекса — препятствовать насильственному вторжению. Ламинирование не увеличивает механическую прочность стекла, однако, при разрушении ламинированное стекло остается «целым» благодаря ламинированной пленке, т.е. осколки стекла остаются прикрепленными к пленке.

Кроме того, использование триплекса:

снижает опасность от разлетающихся осколков или падающего стекла (стекло разбивается, но остается в раме);

способствует защите помещения от вредного воздействия ультрафиолетовых лучей (предохраняет от выгорания мебель, обои и др.);

обеспечивает звукоизоляцию (многослойное стекло способно эффективно снижать воздействие нежелательных шумов).

Разными видами ламинирующих пленок можно обеспечить практически любое тонирование стекла. Ламинированные стекла применяются при остеклении фасадов, балконов, окон.

Закаленное стекло — это стекло, у которого путем химической или термической обработки повышается прочность к ударам и перепадам температуры, по сравнению с обычным стеклом. При его разрушении закаленное стекло распадается на маленькие безопасные осколки. Следует обратить внимание на тот факт, что закаленное стекло не подлежит механической обработке. Поэтому механическая обработка должна выполняться до процесса закаливания. Закаленные стекла могут применяться при производстве стеклопакетов или ламинированных стекол.

ОКРАШЕННЫЕ В МАССЕ СТЕКЛА

Окрашенное в массе стекло — это абсорбирующее (солнцезащитное) стекло, при изготовлении которого используются различные вещества для получения желаемого цвета. Оно поглощает больше солнечной тепловой энергии и света, чем обычное прозрачное стекло. Наиболее распространенными являются серый и зеленый цвета, а также промежуточные между бронзовым и коричневым. Изготавливаются также стекла и других цветов. Окрашенное в массе стекло применяется при изготовлении фасадов из стекла, перегородок, окон и дверей.

ЗАЩИТНЫЕ И ДЕКОРАТИВНЫЕ ПЛЕНКИ

Для придания специальных свойств стеклу, все более широкое применение получают различные пленки. На возможностях современных окон, которые дает применение защитных и декоративных пленок целесообразно остановиться подробнее. Защитная пленка представляет собой многослойную систему, сочетающую прочный, чувствительный к давлению клей и упругий слой полиэстера. Она наклеивается непосредственно на поверхность оконного (или иного) стекла. Выпускаются как бесцветные (прозрачные), так и тонированные (затемненные) защитные пленки. Последние получаются путем спаттерного напыления микрочастиц бронзы, меди, титана или нержавеющей стали. Толщина пленок — от 112 до 380 мкм.

Основными функциями защитных пленок являются:

Защитные пленки обычно устанавливают там, где нет необходимости использовать дорогостоящее безосколочное бронестекло или иные механические защитные средства. Защитные пленки незаменимы там, где существует прямая угроза взрывов и последствий, вызванных образующимися в результате осколками, опасность вооруженного нападения (и, разумеется, поражения стекла — случайного или умышленного — камнями, бутылками и им подобными предметами). Удар по стеклу создает в нем отверстие приблизительно того же размера, что и орудие удара, и для того, чтобы образовать отверстие с размером, достаточным для доступа внутрь помещения, требуется значительное количество ударов. Защитная пленка исключает воровство, выдерживая удары, от которых неоклеенное стекло сразу разлетелось бы на осколки. При этом, даже если оклеенное пленкой стекло повреждено, оно все равно остается в раме, и, как показала практика, задерживает злоумышленника на 10-15 минут.

Теплообмен излучением между твердыми телами

Теплообмен излучением между твердыми телами

• Интенсивность теплопередачи за счет излучения между твердыми телами в общем случае зависит от физических характеристик этих тел, температуры, расстояния между объектами и их взаимного расположения. Рассмотрим теплообмен за счет излучения в стационарном состоянии между 2 параллельными стенками, которые имеют большую поверхность и разделены небольшим расстоянием, так что показания каждой стенки полностью противоположны (рис. 13.1). Стена частично поглощается и частично разрушается, этот процесс повторяется многократно, она обладает свойством демпфирования.

Показана плотность потока эффективного излучения от первой стенки ко второй стенке, включающая как собственное излучение от первой стенки, так и все его отражения. Аналогично, какова плотность потока эффективного излучения от 2-й стенки до первой стенки?2. От лучистого потока₈, падающего на первую стенку, Audg поглощается и отражается (1-AO / 2 (стена считается непроницаемой). Так… Аналогично, лучистый поток от 2-ой стенки Мы представляем ограничения, полученные из уравнения(13.1) из этих a-Er +(1-да） (13.2） Уравнение и 1) явная форма.

Однако при низких значениях критерия Прандтля она приобретает равную или большую значимость, и в предельном случае можно пренебрегать уже конвективным теплообменом, тогда как теплообмен теплопроводностью ставится основным фактом. Людмила Фирмаль

После простого преобразования, присвоить уравнению выражение (13.2) (13.3） то же самое относится и к Q.、 • ,+*,- Л Е、 А14-Л, — Л, — Л, — Ла Результирующий поток q равен разности dx и dg. С (13.4） (13.5） ^ 1 = е «Сиэн (- с =A₁C, (- B-1 и e₂=b₂C»—^ — В = 1 и к / ОО / * » в ют /2toто ЮО и Затем, подставляя эти выражения в выражение (13.5), вы получаете: Co является излучательная способность абсолютно черного тела. А уменьшение поглощающей способности системы делится по формуле e = A и C = eC, поэтому уравнение (13.6) имеет вид 3-я янв. Где r и Sir-уменьшенная чернота и уменьшенный модуль упругости. Соотношение лучистой системы.

Эти параметры являются Мул.： Если один объект окружен поверхностью другого (рис. 13.2, а), то вся энергия, излучаемая центральным объектом, падает на внешний, но излучение на внешней поверхности падает лишь частично. В Центральном теле оставшееся излучение снова падает на ту же поверхность. Формула для расчета системы таких тел отражает эту особенность теплопередачи излучением Формула (13.9) может быть применена к телу любой формы, но небольшая поверхность должна быть выпуклой. Используя ту же формулу, теплопередача между поверхностями показана на фиг. 13.2, В.

Формула для расчета теплопередачи излучением между произвольно расположенными поверхностями в пространстве (рис. 13.3) выведена на основе теории Ламберта law. In окончательная форма, выражение*записывается как: 113, 1 ⁰ Где e | p = b^,, -приведенная чернота системы. Ep-расчетная поверхность теплопередачи ( / • , или Pr) — f-средний угол *Эта формула является приближением, так как учитывается только первое поглощение, а последующее отражение Неопытный Левый коэффициент, или коэффициент экспозиции, выраженный формулой Ф= — 1-у»ФН -^^.

• Коэффициент излучения учитывает форму и относительное положение поверхности, участвующей в теплопередаче, ее размер и расстояние между поверхностями. Численное значение углового коэффициента определяется с помощью графика, анализа или эксперимента. Для наиболее важных случаев теплопередачи излучением значения этих коэффициентов описаны в справочной литературе. При теплообмене излучением между случайно расположенными объектами расстояние между поверхностями влияет на количество передаваемого тепла, но в предыдущих задачах этот эффект не наблюдался.

Это связано с тем, что в точке источника излучения плотность излучения уменьшается обратно пропорционально 2-й степени расстояния от источника. По мере увеличения размера источника влияние расстояния на теплопередачу уменьшается, а на бесконечно больших поверхностях расстояние между объектами не влияет на теплопередачу. Для замкнутых систем (рис. 13.2) это условие выполняется с конечным размером поверхности.

Для сред с критерием Прандтля, равным или большим единицы, теплопроводность невелика по сравнению с конвективным теплообменом и поэтому в приведенных выше расчетах ею пренебрегают. Людмила Фирмаль

Теперь рассмотрим теплообмен за счет излучения при наличии экрана, который уменьшает интенсивность теплообмена между объектами. Экран обычно сделан из тонкого металлического листа. Воспользуемся формулой (13.8) для сравнения теплопередачи за счет излучения в стационарном режиме между экраном no и параллельной стенкой экрана (рис.13.4). Возьмем C,=C₂= Cv = C.

Если нет экрана、 (13.12） Если имеется экран, то тепловой поток между первой стенкой и экраном выражается формулой: (13.13） Тепло передается от экрана на 2-ю стену (13.14） Если излучательная способность стены и экрана одинакова, то излучательная способность всех систем снижается ₁₁г = SM = SM = SM = ST 2 1 С-С Устойчивое состояние= Если мы уравняем правую часть I₁ = уравнения (13.13) и (13.14)、 Ага. Замена значения RSh1- К формуле (13.13) или (13.14)、 (13.15)） Если мы сравним это уравнение с уравнением (₁₁аа = с » р) (13.12), то установка экрана с той же излучательной способностью, что и стена, вдвое уменьшит тепловой поток.

Аналогичный анализ показывает, что в 2 параллельных экранах тепловой поток уменьшается в 3 раза, а в n экранах-(l + 1).Следовательно, с той же излучательной способностью (13.16） Если излучательная способность экрана и стены не одинакова(C / Cr = / = C.), в 1 экране (13.17） ₁₁афс здесь. л= / =С₁₂.Эти коэффициенты определяются по формуле уменьшения излучательной способности. Используя формулу (13.17), можно легко показать, что уменьшение S повысит эффективность screen. So, если C = 0,3 и Cx = Ca = 5,25, то в 1 экране тепловой поток уменьшается в 32 раза. Является ли увеличение эффективности экрана из-за более низкой излучательной способности из-за повышенной отражательной способности?

Однако уменьшение теплового потока происходит за счет того, что за счет экрана, а также отражения экрана, возникает разность температур, определяющая тепловой поток decreases. In ы =C₂= с 。Кино Поэтому даже. сказал он. Условие (13.1 J)всегда равно d.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института