Тепловое излучение и его параметры

 

на тему: Тепловое излучение и его параметры

 

1. Цель работы

Ознакомиться с тепловым (инфракрасным) излучением (ИКИ), действием его на человека, нормированием и методами защиты.

2. Задачи лабораторной работы

2.1. Исследовать изменения интенсивности излучения в зависимости от расстояния до источника

2.2. Исследовать эффективности применения различных экранов

3. Теоретическая часть

Лучистый теплообмен между гелями представляет собой процесс распространения энергии, которая излучается в виде электромагнитных волн. Все электромагнитные излучения имеют одинаковую природу и  отличаются только длиной волны. Например, длина волн ультрафиолетового излучения 0,02-0,4 мкм, видимого излучения 0,4-0,76 мкм, а инфракрасного более 0,76 мкм. Видимое и инфракрасное излучение называют тепловым, или лучистым.

Воздух для теплового излучения прозрачен (диатермичен), поэтому при прохождении лучистой теплоты его температура не повышается. ИКИ поглощается предметами, нагревая их, в результате которого они становятся излучателями тепла. ИКИ является одной из составляющих микроклимата рабочих зон производственных помещений.

Энергия теплового излучения может быть определена по формуле:

 Вт/м2   (1)

где Q – энергия теплового излучения, Вт/м2;

F – площадь излучаемой поверхности, м2;

T0 – температура излучаемой поверхности, К0;

L – расстояние от излучаемой поверхности до объекта, м.

Из формулы следует, что количество лучистого тепла, поглощаемого телом человека, зависит от температуры источника излучения, площади излучающей поверхности и от квадрата расстояния между излучаемой поверхностью и телом человека.

Тепловой обмен организма человека с окружающей средой заключается во взаимосвязи между образованием тепла (термогенеза) в результате жизнедеятельности организма и отдачи этого тепла во внешнюю среду. Отдача тепла осуществляется, в основном, тремя способами: конвекцией, излучением и испарением.

Воздействие инфракрасного излучения на человека. Теплообмен человека и окружающей среды осуществляется в основном путем излучения, конвенции и испарения. Отдача теплоты излучением является наиболее весомой частью и составляет  до 45% даже в комфортных климатических условиях.

Тепловое излучение интенсивностью до 350 Вт/м2 не вызывает неприятного ощущения, а интенсивностью выше 3500 Вт/м2 уже через 2-5 с вызывает ощущение жжения и возможен тепловой удар.

По характеру воздействия на организм человека инфракрасные лучи подразделяются на короткие лучи с длинной волны λ=0,78-1,5 μ (лучи Фохта) и длинноволновые лучи с λ=1,5 μ.

Тепловое излучение коротковолнового диапазона наиболее активны, т.к. обладают наибольшей энергией фотонов, глубоко проникают в ткани и разогревают их, вызываю при этом быструю утомляемость, понижение внимания, усиление потовыделения, а при длительном действии тепловой удар.

Длинноволновые инфракрасные лучи глубоко в ткани не проникают  и поглощаются в основном кожным покровом уже на глубине 0,1-0,2 мм. Такие лучи могут вызвать ожог кожи и глаз. Возможно действие ИКИ и на другие системы и органы человека: на состояние верхних дыхательных путей; водно-энергетический баланс организма.

Нормирование ИКИ осуществляется по интенсивности суммарных потоков энергии с учетом длины волны, размера облучаемой поверхности, защитных свойств спецодежды и продолжительности воздействия в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 и СанПиН 2.2.4.548-96.

Интенсивность теплового излучения от нагретых до темного свечения поверхностей технологического оборудования, осветительных приборов, материалов и т.д. на постоянных и не постоянных рабочих местах не должна превышать 35 Вт/м2 при облучении 50% поверхности тела и более, 70 Вт/м2 при облучении от 25 до 50% и 100 Вт/м2 – при облучении не более 25% поверхности тела.

Нормативы ограничивают также температуру нагретых поверхностей оборудования в рабочей зоне не должна превышать 45 °С, а для оборудования с температурой внутри ниже 100 °С не должна быть более 35 °С.

Защита от ИКИ. Промышленная теплозащита достигается максимальной автоматизацией технологических процессов с исключением ручного труда и выводом работающих из «горячих» зон, оптимальным размещением оборудования и рабочих мест, применением средств коллективной и индивидуальной защиты.

Для защиты от лучистых тепловых воздействий применяют следующие коллективные теплозащитные средства: теплоизоляция поверхностей источников излучения, экранирование источников либо рабочих мест, воздушное душирование, радиационное охлаждение, мелкодисперсное распыление воды и вентиляция или кондиционирование воздуха.

Выбор теплозащитных средств в каждом отдельном случае должен осуществляться по максимальным значениям эффективности с учетом требований эргономики, технической эстетики, безопасности для данного процесса и вида работ и технико-экономического обоснования.

Эффективность защиты от теплового излучения является долей задерживаемой теплоты и определяется по формуле:

     (2)

где I1 и I2 – интенсивность облучения на рабочем месте соответственно до и после установки защитного устройства.

Теплозащитные экраны используют для локализации источников лучистой теплоты, уменьшая облучение на рабочих местах и снижения температуры поверхностей, окружающих рабочее место. Различаю теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие экраны, которые в свою очередь, по степени прозрачности делятся на непрозрачные, полупрозрачные и прозрачные.

Теплоотражающие экраны используют для локализации тепловыделений от поверхностей печей, покрытия наружных поверхностей кабин, постов управления кранов. В качестве материалов для непрозрачных экранов используют альфоль (алюминиевая фольга), алюминий листовой, белую честь, алюминиевую краску. Эффективность таких экранов достигается 80-98%.

Теплоотводящие экраны представляют собой полые металлические плиты, в которых циркулирует вода или водо-воздушная смесь. В качестве материалов используют металлические сетки, цепные завесы, армированное металлической стекло.

Прозрачное теплопоглощающие экраны изготавливают из различных бесцветных или окрашенных стекол: силикатное, органическое. Эффективность теплозащиты стекол зависит от температуры источника излучения.

4. Применяемые приборы

В качестве оборудования для проведения лабораторной работы используется специальная установка неселективный радиометр, предназначенный для измерения энергетической освещенности. Принцип работы основан на преобразовании излучения создаваемого источниками, в непрерывный электрический сигнал, пропорциональный энергетической освещенности, который затем преобразуется аналого-цифровым преобразователем в цифровой код, индуцируемый на цифровом табло индикаторного блока. В измерительной головке установлен первичный преобразователь излучения – термоэлемент для измерения энергетической освещенности. Показания прибора индуцируются в единицах «Вт/м2».

Порядок работы с прибором:

1. Установить измерительную головку прибора в месте, где необходимо произвести измерение. Индикаторный блок разместить в месте, удобном для снятия показаний с индикаторного табло.

2. Включить прибор, для этого переключатель переместить в положение «Вт/м2».

3. Закрыть приемную головку, измерить и записать «темновое» значение (UТ) для дальнейшего вычисления значения энергетической освещенности.

4. Открыть измерительную  головку. На табло индицируется  энергетическая освещенность в  «Вт/м2». Провести расчет значения энергетической освещенности, измеренной радиометром по формуле:

     (3)

где U0 и UT - показатели радиометра при открытой и закрытой головке соответственно.

5. Перед первым измерением рекомендуется выдержать прибор включенным в течении 30 мин.

6. По окончании работы необходимо выключить прибор.

Таблица 1.

Результаты расчета значения энергетической освещенности

Показатель радиометра	Расстояние L, см от источника
	30	40	50	60	70	80
U0 (при открытой головке)	1520	1250	985	805	675	570
UT (при закрытой головке)	63	60	58	58	60	58
Энергетическая освещенность (Е), Вт/м2	1457	1190	927	747	615	512

 

5. Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с требованиями  безопасности и соблюдать из  при выполнении работы:

- Перед началом выполнения работы ознакомиться с устройством лабораторного стенда, приборами и правилами их эксплуатации.

- Не прикасаться к нагревательному элементу – электрокамину.

- Не допускать перегрузки измерительного прибора.

- Не включать электрокамин на полную мощность без использования теплозащитных экранов.

- Отключить стенд по окончании выполнения работ.

2. Подключить стенд к  электрической сети.

3. Включить источник  теплового излучения и измеритель  теплового тока

Экспериментальная часть работы

Задание 1. Исследование изменения интенсивности излучения в зависимости от расстояния до источников.

1. Установить головку  измерителя теплового потока  в штативе, выдвинув ее относительно  стойки на 10 см.

2. Измерить интенсивность  теплового потока I в 5-6 точках на  различном удалении от источника L, перемещая вдоль линейки штатив с измерительной головкой прибора.

3. Определить норму теплового  излучения применительно к условиям  выполняемой работы.

4. Результаты замеров  занести в первую строку табл.2

5. Построить график зависимости I=f(L). Сделать выводы.

 

Рис.1 Изменение интенсивности излучения в зависимости от расстояния до источника

При удалении от источника излучения интенсивность излучения падает. 

Задание 2. Исследование эффективности применения различных экранов

1. Поочереди установить между источниками и измерительными элементами защитные экраны и определить интенсивность излучения на различном удалении от источника ИКИ. При этом экран предварительно необходимо прогреть в течение 2-3 мин. Результаты занести в табл.2

2. Оценить эффективность защитного действия экранов по зависимости (   ).

3. Построить графики зависимостей I=f(L) для различных видов защитных  экранов. Сделать выводы.

Таблица 2.

№ п/п	Вид защитного экрана	Интенсивность ИКИ I (Вт/м2) на расстоянии L (см) от источника						Норма ИКИ (ГОСТ 12.1.005-88)	Эффективность экранирования
		30	40	50	60	70	80
1	Без экрана	1520	1250	985	805	675	370
2	Цепной экран	710	515	390	310	260	220		0,53
3	Брезентовый экран	130	120	100	85	75	70		0,91
4	Алюминиевый экран	75	68	60	58	56	51		0,95
5	Шифер	90	80	70	65	60	55		0,94
6	Комбинированный экран	120	110	85	79	70	65		0,92