Короткі теоретичні відомості

Більшість виробничих процесів супроводжується виділенням тепла, причому тепло виділяється як виробничим устаткуванням, так і матеріалами. У виробничих умовах виділення тепла можливо від: плавильних і нагрівальних печей і інших термічних пристроїв, нагрітих чи розплавлених металів, переходу в тепло механічної енергії, затрачуваної на привід основного технологічного устаткування, переходу електричної енергії в теплову. Велику частку в загальний баланс тепла, особливо в літню пору вносить енергія сонячного випромінювання. Ці основні джерела поширення тепла збільшують теплове навантаження приміщень, підвищуючи температуру навколишнього повітря.

Нагріті тіла віддають тепло трьома способами: теплопередачею (теплопровідністю), тепловипромінюванням і конвекцією. Остання визначається в основному рухливістю повітряного середовища і різницею температур поверхні й прохолоджуючого повітря. Дослідження і розрахунки показують, що не менш 60% усього тепла, що втрачається, поширюється в навколишнім середовищі шляхом випромінювання. Промениста ж енергія, проходячи майже без втрат простір, що відокремлює одне тіло від іншого, знову перетворюється втеплову в поверхневих шарах тіла людини, що опромінюється. Промениста енергія, потрапляючи на людину, впливає, насамперед, на незахищені частини тіла (обличчя, руки, шию), причому, якщо конвективне тепло впливає, головним чином, на зовнішні шкіряні покрови, то променисте тепло може проникати на деяку глибину в тканині. При тривалому перебуванні людини в зоні теплового променистого потоку, як і при систематичному впливі високої температури, різко порушується тепловий баланс в організму. Порушується робота терморегулюючого апарата, підсилюється діяльність серцево-судинної і дихальної систем, підсилюється потовиділення, відбуваються втрати потрібних організму солей. Збідніння організму водою викликає згущення крові, погіршується харчування тканин і органів.

Втрата організмом солей позбавляє кров здатності утримувати воду, що приводить до швидкого його зневоднювання. Порушення водно-сольового балансу викликає так названу судорожну хворобу, що характеризується появою різких судорог, переважно в кінцівках. Порушення теплового балансу викликає захворювання, яке називається тепловою гіпотермією чи перегрівом. Це захворювання характеризується підвищенням температури тіла, рясним потовиділенням, підвищеною частотою пульсу і подиху, різкою слабістю, запамороченням, зміною зорових відчуттів, шумом у вухах і найчастіше утратою свідомості. При систематичних перегрівах відзначається підвищена сприйнятливість до простудних захворювань. Спостерігається зниження уваги (наростання кількості помилкових операцій), настає почуття розслабленості, різко підвищується стомлюваність, знижується продуктивність праці. Теплове випромінювання впливає на організм людини, порушуючи його нормальну діяльність, викликаючи серйозні ускладнення. Тому міри боротьби з променистим теплом мають величенне значення для поліпшення умов праці. Інтенсивність випромінювання порядку 0,4-0,8 кал/(см³хв) викликає малопомітні теплові відчуття, які людський організм здатний переносити порівняно довгий час. При інтенсивності випромінювання 0,8-1,5 кал/(см³хв) намічається границя витримки. Відповідно до діючих нині санітарних норм, тепловипромінювання вважається значним при інтенсивності опромінення понад 1 кал/(см²хв). Тепловий ефект впливу опромінення залежить від безлічі факторів: спектра випромінювання, інтенсивності потоку опромінення, величин випромінюючої поверхні, розміру ділянки організму, що опромінюється, тривалості опромінення і переривчастості його, кута падіння променів, одягу і т.п. Очевидно, що чим більша поверхня, що опромінюється, і чим довше період опромінення, тим важче ефект впливу.

Тепло випромінюванням може передаватися як у видимої, так і в інфрачервоної частинах спектру. Видима область спектру охоплює хвилі довжиною від 0,3 до 0,6 мкм, інфрачервона - від 0,77 до 420 мкм. Область інфрачервоних променів умовно поділяють на три ділянки: короткохвильова (0,76 - 15 мкм), середньохвильова (15-100 мкм), довгохвильова (100 - 420 мкм). Найбільшою проникаючою здатністю володіють червоні промені видимого спектра і короткі інфрачервоні промені з довжиною хвилі до 1,5 мкм, що глибоко проникають у тканини і мало поглинаються поверхнею шкіри. Найбільше нагрівання поверхні шкіри викликають промені з довжиною хвилі близько 3 мкм. Це свідчить про необхідність захисту не тільки від високотемпературних, але і від низькотемпературних випромінювачів.

У практичних умовах випромінювання є інтегральним, оскільки нагріті тіла випромінюють одночасно хвилі різної довжини, однак максимум випромінювання завжди відповідає хвилям визначеної довжини, причому в міру росту температури джерела випромінювання максимум енергії випромінювання переміщається в спектрі в сторону більш коротких хвиль. Це випливає з закону зсуву Вина:

l_max * T_i = 0,29 (6.1)

де l_max – довжина хвилі, мм,

T_i – температура випромінюючої поверхні, K

Чим більше температура випромінюючої поверхні, тим менше довжина хвилі. Виробничі джерела променистого тепла по характері випромінювання можна розділити на чотири групи.

1. Джерела з температурою випромінюючої поверхні до 500°С (паропроводи, зовнішня поверхня різних печей, нагрівальних, сушильних, плавильних), метал, що остигає, і ін., їхній спектр містить винятково інфрачервоні промені (довжина хвилі 3,7 - 9,3 мкм).

2. Джерела з температурою поверхні від 500 до 1200°С (внутрішні поверхні печей і горнів, нагріті злитки, заготівлі, полум'я, розплавлений метал і ін.), їхній спектр містить переважно довгі інфрачервоні промені, але з'являються і видимі промені.

3. Джерела з температурою 1200-1800°С (розплавлений метал, полум'я, розігріті електроди та ін.) їхній спектр містить як інфрачервоні промені, аж до найбільш коротких, так і видимі, котрі можуть досягати високої температури і яскравості.

4. Джерела з температурою вище 1800°С (дугові печі, зварювальні апарати та ін.), їхній спектр містить поряд з інфрачервоними і світловими також ультрафіолетові промені.

Засоби боротьби з променистим теплом зводяться в основному до ізоляції випромінюючих поверхонь, створенню визначеного термічного опору на шляху теплового потоку у виді екранів різних конструкцій (твердих, глухих, сітчастих, напівпрозорих, водяних, повітряно-водяних і ін.).

Дія екранів полягає в поглинанні променистої енергії або у відображенні її назад до джерела випромінювання. Розрізняють екрани: що відбивають і поглинають променисте тепло. До групи відбивних екранів можна віднести тверді глухі перешкоди променистому теплу. Вони відбивають до 95% довгохвильового випромінювання, що свідчить про їхню високу ефективність, особливо при огородженні низькотемпературних джерел. А безупинне змочування глухих екранів водою дозволяє затримувати випромінювання майже цілком.

Принципово відмінним видомекранівє поглинальні екрани. До них відносяться різні завіси (ланцюгові, водяні), щити й екрани з малотеплопровідних матеріалів (азбесту, жужільної вати й ін.). В даний час знайшли широке застосування екрани, виконані у виді щільної сітки з рухливими чи петлями зі спеціальних штампованих плоских ланцюжків, чи, ще частіше, зі звичайних дрібних ланцюгів, підвішених проти випромінюючого прорізу в один чи кілька рядів. Хоча ланцюгові екрани не можуть захистити від випромінювання так само добре, як суцільні (ланцюгові завіси знижують променистий потік на 60 - 70%), їхнє застосування в ряді випадків виправдано, оскільки інтенсивність опромінення знижується і при цьому зберігається можливість спостерігати за ходом технологічного процесу. Іноді ланцюгові завіси змочуються водою, що збільшує їхню ефективність. Як уже відзначалося, у визначенні оптимальних умов захисту від випромінювань важливе значення має характер спектрального складу випромінювання випромінюючої поверхні, тому що матеріал екрана повинний поглинути чи відбити промені, що несуть максимум енергії. Для організації активного захисту від теплового випромінювання необхідно усунути в променистому потоці по можливості, найбільший діапазон довгохвильових променів, тому що хвилі такої довжини особливо добре поглинаються поверхнею шкіри. У цьому відношенні добре зарекомендували себе прозорі водяні завіси у виді суцільної тонкої плівки, що утвориться при рівномірному стіканні води з гладких поверхонь. Вода - активний поглинач інфрачервоних променів. Найбільш сильне поглинання відзначається в зоні променів з довжиною хвилі l=1,8..6 мкм. Шар води в 1 мм цілком поглинає частина спектра з l > 3 мкм, а шар води в 10 мм - потік радіації з довжиною хвилі l > 1,5 мкм. Таким чином, вода, застосовувана в екранах, які відводять тепло, повинна мати шар порядку декількох міліметрів, однак при цьому короткохвильове випромінювання високотемпературних джерел не буде поглинуте. Тому тонкі плівкові завіси ефективні в основному для екранування випромінювань від низькотемпературних джерел. Практично водяні завіси приймають весь падаючий на них потік тепла, частково поглинають його нагрів і випар часток води і пропускають значно зменшений (до 80%) променистий потік без істотного погіршення видимості. Іншими словами, водяна завіса, майже цілком поглинаючи теплові промені, залишається цілком прозорої для світлових. Ефективність захисного екрана, у загальному випадку, може бути охарактеризована відношенням,:

g = ((Е₀ – E)/E₀) 100, % (6.2)

де Е₀ – енергія променистого потоку перед екраном, кал/(см²хв),

Е – енергія променистого потоку за екраном, кал/(см²хв).

Втрати теплоти випромінюванням з 1 см розпеченої пластини приблизно можна розрахувати по формулах:

, (6.3)

, (6.4)

де Е₀ - інтенсивність випромінювання в даному потоці,, кал/(см²хв),

F -площа випромінюючої поверхні, м²,

Т₁ - температура випромінюючої поверхні, К,

Т₂ - температура поверхні, що сприймає променисте тепло, К,

l - відстань від випромінювання, м.

Формула (6.2) вірна для l > , формула (6.3) - для l £ .

Оцінку ефективності відбивних екранів можна провестипо відносному зниженню температури за формулою:

m = Т_д / T_е (6.5)

де m - відносне зниження температури;

Т_д - температура екрануючого джерела випромінювань, К;

T_е - температура екрана, К.

Розрахунок водяної завіси побудований за принципом ослаблення променистого потоку при проходженні через мутне середовище з визначеним оптичним показником. Рівняння поглинання променистої енергії яким-небудь середовищем має вигляд:

E = E_e^-dR (6.6)

де Е і Е_e - енергія променистого потоку в даному потоці при наявності і відсутності завіси, кал/(см²_*хв);

d - дослідний коефіцієнт ослаблення потоку мутним середовищем, рівний для водяної завіси 1,31 мм;

R - товщина завіси, мм.

Дата добавления: 2015-09-07