Характеристика теплового излучения.

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Кафедра безопасности производства и разрушения горных пород

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЕГО ПАРАМЕТРЫ

Санкт-Петербург

2009 год

Цель работы – ознакомление с тепловым (инфракрасным) излучением (ИКИ), действием его на человека, нормированием и методами защиты.

Характеристика теплового излучения.

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

Теплота температурой Т>0⁰К является источником электромагнитного излучения. Это излучение осуществляется за счет преобразования энергии теплового движения частиц тела в энергию излучения. Часть этого интегрального излучения с длиной волн l= 0,78 ÷1000 m при облучении любого тела вызывает тепловой эффект и носит название ИКИ. На долю ИКИ производственных помещений приходится до 70% выделяемой теплоты.

При температурах до 500 ⁰С с нагретой поверхности излучаются тепловые (инфракрасные) лучи, а при более высокой температуре наряду с возрастанием инфракрасных лучей появляются видимые световые и ультрафиолетовые лучи. Распределение лучистой энергии по спектру вычисляется по закону перемещения максимального излучения Вина в зависимости от температуры поверхности источника Т и оптических свойств материала (степени черноты и качества отделки поверхности). Длина волны лучистого потока (m) с максимальной энергией теплового излучения для абсолютно черного тела определяется по формуле:

l_max= C/T, (1)

где Т – температура, ⁰К; С – постоянная величина (С=2880 m´⁰К).

Воздух прозрачен (диатермичен) для теплового излучения, поэтому при прохождении лучистой теплоты его температура не повышается. ИКИ поглощается предметами, нагревая их. Последние, соприкасаясь с воздухом, нагревая его. ИКИ является одной из составляющих микроклимата рабочих зон производственных помещений.

Энергия теплового излучения может быть определена по формуле:

Вт/м² (2)

где Q - энергия теплового излучения, Вт/м²;

F - площадь излучающей поверхности, м²;

Т⁰ - температура излучающей поверхности, °К;

L - расстояние от излучающей поверхности до объекта, м.

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

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

В производственных помещениях со значительными избытками явной теплоты (более 23,3 Вт/м ³) большинство технологических процессов протекает при температурах, значительно превышающих температуру окружающей среды. В результате рабочие, находясь вблизи расплавленного или нагретого металла, пламени, горячих поверхностей и т.п., подвергаются действию теплоты, излучаемой этими источниками. Источники лучистой энергии в зависимости от температуры поверхности можно разделить на четыре группы.

1. Источники с температурой поверхности до 500 ⁰С. Это паропроводы, сушильные агрегаты, наружные поверхности печей и др. В спектре излучения этих источников содержатся в основном инфракрасные лучи с длиной волны 3,7÷9,3 m.

2. Источники с температурой поверхности от 500 до 1300 ⁰С. Это открытые проёмы нагревательных печей, открытое пламя, нагретые слитки, заготовки, расплавленный чугун, бронза. В спектре излучения этих источников длины волн ИКИ с максимальной энергией находится в пределах 1,9÷3,7 m.

3. Источники с температурой поверхности от 1300 до 1800 ⁰С. Это расплавленная сталь, открытые проёмы плавильных печей и др. спектр излучения содержит инфракрасные лучи с l_max =1.2÷1,9 m и видимые лучи.

4. Источники излучения с температурой поверхности свыше 1800 ⁰С. Это дуговые печи, сварочные аппараты. Спектр излучения таких источников содержит все длины волн лучистой энергии.

Интегральная изучающая способность абсолютно черного тела определяется законом Стефана-Больцмана:

I =s´ T⁴ (3)

где I –интенсивность излучения, Вт/м²; s - универсальная постоянная Стефана-Больцмана (s = 5,67032´10^-8, ⁰К^-4).

Основываясь на зависимости (2), для практических расчетов с учетом степени черноты облучаемых поверхностей e_пр и коэффициента облученности (j) интенсивность облучения на рабочем месте определяется по формулам:

при L£ S ^0.5 I=0.91´S´(0.01T ⁴-A)/L² (4)

при L> S ^0.5 I=0.91´S ^0.5´(0.01T ⁴-A)/L² (5)

здесь L –расстояние от источника ИКИ, м; A – эмпирический коэффициент (для кожи человека и хлопчатобумажной ткани А= 85, для сукна А= 110); S – площадь излучающей поверхности, м².

Дата добавления: 2015-07-14