защита от теплового излучения

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Сибирский государственный университет науки и технологий
имени академика М.Ф. Решетнева»
Институт космических технологий
институт
Кафедра
кафедра
ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»
наименование дисциплины
Защита от теплового излучения
тема
Преподаватель
подпись, дата
______________
инициалы, фамилия
подпись, дата
Обучающийся
__________________
номер группы, зачетной книжки
______________
подпись, дата
Красноярск, 2022
инициалы, фамилия
______________
инициалы, фамилия
Цель работы. Провести измерения интенсивности тепловых изучений в зависимости от
расстояния индикаторного блока до источника теплового излучения. Оценить эффективность
защиты от теплового излучения с помощью экранов и воздушной завесы.
Краткие теоретические сведения
Лучистый теплообмен между телами представляет собой процесс распространения
внутренней энергии, которая излучается в виде электромагнитных волн в видимой и
инфракрасной (ИК) области спектра.
Тепловое излучение (инфракрасное излучение (ИКИ)) – это невидимое электромагнитное
излучение с длиной волны от 0,76 до 420 мкм, обладающее волновыми и световыми свойствами.
Длина волны видимого излучения – от 0,38 до 0,76 мкм.
По длине волны инфракрасные лучи делятся на коротковолновую ИКИ-А (менее 1,4
мкм), средневолновую ИКИ-В (1,4 – 3 мкм), длинноволновую ИКИ-С (3 мкм – 1 мм) области.
Основные законы инфракрасного излучения.
Закон Кирхгофа. Лучеиспускание обуславливается только состоянием излучающего
тела и не зависит от окружающей среды. Лучеиспускательная способность любого тела
пропорциональна его лучепоглощающей способности. Тело, поглощающее все падающие на
него лучи (абсолютно черное тело), обладает максимальным излучением.
Закон Стефана-Больцмана. С повышением температуры излучающего тела мощность
излучения увеличивается пропорционально 4-й степени его абсолютной температуры:
Е = σ · Т4,
где Е – мощность излучения, Вт/м2; σ – постоянная Стефана-Больцмана, равная 5,670 32·10–8
Вт·м–2·К–4; Т – абсолютная температура, К.
Закон Вина. Произведение абсолютной температуры излучающего тела на длину волны
излучения (λмакс) с максимальной энергией является величиной постоянной:
λмакс · Т = С,
где С = 2880; Т – абсолютная температура, К; λ – длина волны в мкм.
Воздействие теплового излучения на организм человека
Интенсивность теплового
излучения, Q, Вт/м2
До 280
280–560
560–1050
1 050–1 630
Характер воздействия
Порог чувствительности
Переносимо в течение рабочего дня и более,
слабое действие без нарушения терморегуляции
Терпимо до 3–5 мин, умеренное действие
со слабым нарушением терморегуляции
Терпимо до 40–50 с, среднее действие с
незначительным нарушением терморегуляции
1 630–2 090
2 090–2 790
2 790–3 940
Терпимо до 20–30 с, большое действие со
значительным нарушением терморегуляции
Терпимо до 12–24 с, высокое действие и
нарушение терморегуляции
Терпимо до 8–10 с, сильное действие с возможными
ожогами кожи и пожаровзрывнаяопасность
Одним из самых распространенных способов борьбы с тепловым излучением является
экранирование излучающих поверхностей. Различают экраны трех типов:
1. Непрозрачные – к таким экранам относятся, например, металлические (в том числе
алюминиевые), альфолевые (алюминиевая фольга), футерованные (пенобетон, пеностекло,
керамзит, пемза), асбестовые и др. В непрозрачных экранах энергия электромагнитных
колебаний взаимодействует с веществом экрана и превращается в тепловую энергию.
Поглощая излучение, экран нагревается и, как всякое нагретое тело, становится источником
теплового излучения. При этом излучение поверхностью экрана, противолежащей
экранируемому источнику, условно рассматривается как пропущенное излучение источника.
2. Прозрачные
– это экраны, выполненные из различных стекол: силикатного,
кварцевого, органического, металлизированного, а также пленочные водяные завесы
(свободные и стекающие по стеклу), вододисперсные завесы. В прозрачных экранах излучение,
взаимодействуя с веществом экрана, минует стадию превращения в тепловую энергию и
распространяется внутри экрана по законам геометрической оптики, что и обеспечивает
видимость через экран.
3. Полупрозрачные – к ним относятся металлические сетки, цепные завесы, экраны из
стекла, армированного металлической сеткой. Полупрозрачные экраны объединяют в себе
свойства прозрачныхи непрозрачных экранов.
По принципу действия экраны подразделяются:
− на теплоотражающие;
− теплопоглощающие;
− теплоотводящие.
Эффективность защиты от теплового излучения с помощью экранов оценивается по
формуле
Qз
100 %,
Qбз
где Qбз – интенсивность теплового излучения без применения защиты, Вт/м2; Qз –
интенсивность теплового излучения с применением защиты, Вт/м2.
Кратность ослабления теплового потока защитным экраном определяется по формуле
m
Qбз
,
Qз
где Qбз − интенсивность потока излучателя (без использования защитного экрана), Вт/м2; Qз −
интенсивность потока теплового излучения экрана, Вт/м2.
Коэффициент пропускания экраном теплового потока составляет
τ = 1/m.
Для измерения интенсивности теплового излучения служит стенд (рис. 2.1).
Стенд представляет собой стол со столешницей 1, на которой размещаются бытовой
электрокамин 2, индикаторный блок 3, линейка 4, стойки 5 для установки сменных экранов,
стойка 6 для установки из- мерительной головки 7 измерителя тепловых потоков. Стол
выполнен в виде металлического сварного каркаса со столешницей и полкой, на которой
хранятся сменные экраны.
Бытовой электрокамин 2 используется в качестве источника теплового излучения.
Воздуходувка (бытовой воздушный электронасос) 8, закрепленный на стойке, служит для
создания воздушного душа или воздушной завесы и устанавливается на столешнице стенда.
Стойки 5 для установки сменных защитных экранов обеспечивают их оперативную установку и
замену. Измерительная головка 7 с помощью винтового зажима 9 крепится к вертикальной
стойке 6, которая закреплена на плоском основании.
7
9
5
2
1
4
6
3
8
Рис. 2.1. Общий вид стенда
Вся эта конструкция может вручную перемещаться по столеш- нице вдоль линейки 4.
Стандартная металлическая линейка 4 предназ- начена для измерения расстояния от источника
теплового излучения (электрокамина 2) до измерительной головки 7 и жестко закреплена на
столешнице 1. Сменные экраны имеют один типоразмер. Металли- ческие экраны выполнены в
виде листов металла с направляющими. Экраны с цепями и брезентом выполнены в виде
металлических ра- мок, в которых закреплены стальные цепи или брезент (рис. 2.2).
На столешнице закреплен удлинитель для подключения к сети переменного тока
электрокамина 2 и воздуходувки 8.
Для измерения плотности теплового потока используется прибор ИПП-2.
Измерительный блок прибора выполняют в пластмассовом корпусе (рис. 2.3).
Результаты исследуемых параметров теплового потока:
Расстояние от источника, м
R1
R2
0,45
Без защитного экрана – Qбэ, Вт/м2
R3
0,55
R4
0,65
R5
0,75
0,85
14
9
7
5
4
2
1
1
0
0
85,71
88,88
85,71
100
100
7
9
6
0
0
0,142
0,111
0,166
0
0
Эффективность охлаждения, Qохл, Вт/м2
12
8
6
5
4
С использованием защитного экрана – Qэ, Вт/м2
4
2
2
1
1
Эффективность защиты – nr
71,42
77,77
71,42
80
75
Кратность ослабления – mr
3,5
4,5
3,5
5
4
0, 285
0,222
0,285
0,2
0,25
Эффективность охлаждения, Qохл, Вт/м2
10
7
5
4
3
Темный С использованием защитного экрана – Qэ, Вт/м2
1
1
1
0
0
92,85
88,88
85,71
100
100
14
9
6
0
0
0,071
0,111
0,166
0
0
Эффективность охлаждения, Qохл, Вт/м2
13
8
6
5
4
Брезент С использованием защитного экрана – Qэ, Вт/м2
4
4
4
4
4
Эффективность защиты – nr
71,42
55,55
42,85
20
0
Кратность ослабления – mr
3,5
2,25
1,75
1,25
1
0, 285
0,44
0,57
0,8
1
Эффективность охлаждения, Qохл, Вт/м2
10
5
3
1
0
С использованием защитного экрана – Qэ, Вт/м2
7
4
3
2
1
Эффективность защиты – nr
50
55,55
57,14
60
75
Кратность ослабления – mr
2
2,25
2,33
2,5
4
0,5
0,44
0,42
0,4
0,25
Светлый
С использованием защитного экрана – Qэ, Вт/м2
алюминий Эффективность защиты – nr
Кратность ослабления – mr
Коэффициент
Стекло
Коэффициент
пропускания – τr
пропускания – τr
алюмини Эффективность защиты – nr
й
Кратность ослабления – mr
Коэффициент
Коэффициент
Цепи
Коэффициент
пропускания – τr
пропускания – τr
пропускания – τr
Эффективность охлаждения, Qохл, Вт/м2
7
5
4
3
3
Графики зависимостей теплового излучения Q от расстояния до экрана R
Q, В/м2
Б/з
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
R, м
1График зависимости теплового излучения без защитного экрана от расстояния
Q, В/м2
Светлый алюминий
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
-0,5
0,9
R, м
2График зависимости теплового излучения с использованием защитного экрана
(светлый алюминий) от расстояния
Q, В/м2
Стекло
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
R, м
3График зависимости теплового излучения с использованием защитного экрана
(стекло) от расстояния
Q, В/м2
Темный алюминий
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
-0,2
0,9
R, м
4График зависимости теплового излучения с использованием защитного экрана
(темный алюминий) от расстояния
9
Q, В/м2
Брезент
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
R, м
5График зависимости теплового излучения с использованием защитного экрана
(брезент) от расстояния
Q, В/м2
Цепи
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
6График зависимости теплового излучения с использованием защитного экрана
(цепи) от расстояния
10
0,9
R, м
Вывод: Провели измерения интенсивности тепловых излучений в зависимости от
расстояния индикаторного блока до источника теплового излучения. Вычислили по
формулам ниже, следующие величины:
1.
2.
3.
4.
n-эффективность защиты от теплового излучения;
m-кратность ослабления теплового потока защитным экраном;
-коэффициент пропускания экраном теплового потока;
Qохл-эффективность охлаждения теплового потока.
Оценили эффективность защиты от теплового излучения с помощью экранов и
воздушной завесы и определили, что эффективнее всех Al (алюминий), так как
алюминий обладает свойствами теплоотражающих экранов
11
12
13