Коефіцієнт опромінення.

1 2 34

Теплова енергія випромінюється поверхнею по віх напрямках. Згідно закону Ламберта розподілення цієї енергії по напрямкам пропорційно косинусу кута між напрямком випромінювання і перпендикуляром до поверхні що випромінює. Важливо те ,що при променевому теплообміні двох поверхонь не вся енергія і не вся теплота, що випромінюється поверхнею 1, потрапляє на поверхню 2.

Для визначення долі теплової енергії, падаючої з поверхні 1 на поверхню 2, виділимо на поверхнях 1 і 2 елементарні площадки dF₁ і dF₂ (рис. 1). Будемо вважати, що відрізок прямої який сполучає центри площадок є лінією, по якій випромінювання взаємно направлено з площадок один на одного. Відстань R(м) між площадками дорівнює відрізку що сполучає центри площадок. Проведемо до центру площадок перпендикуляри, які утворять з сполучним відрізком кути . Враховуючи закон розподілення енергії доля тепла падаючого на елементарну площадку dF₂ з площадки dF₁:

……………………..(4.24)

Рис. 4.9.Взаємо-опромінюючі поверхні

Для визначення долі енергії падаючої з площадки dF₁ на всю поверхню F₂, необхідно проінтегрувати вираз (1) по F₂, а що розрахувати долю теплоти , падаючої з усієї поверхні 1 на поверхню 2, необхідно цей вираз про інтегрувати ще й по F₁:

…………………….(4.25)

Значення коефіцієнтів опромінення підпорядковуються трьом геометричним законам випромінювання: замкнутості, взаємності, розподільності променистих потоків.

Перший закон описує властивість замкненості променистих потоків для неввігнутих поверхонь і полягає в тому. Що сума коефіцієнтів опромінення з поверхні 1 у бік всіх оточуючих поверхонь П рівна одиниці, тобто: ……………………………………………………………..(4.26)

Другий закон стосується взаємності променевих потоків і стверджує, що потік з поверхні 1 на поверхню 2 рівний потоку з поверхні 2 на поверхню 1: …………………………………………………………….(4.27)

Третій закон розкриває властивість розподільності променевих потоків і показує, що потік з поверхні 1 на поверхню 2 може бути представлений у вигляді суми потоків між N окремими частинами поверхні 1 і M частинами поверхні 2:

……………(4.28)

Для простих випадків розрахунку коефіцієнта опромінення виведені формули. Метод знаходження кутових коефіцієнтів алгебраїчним шляхом розроблений Г.Л. Поляком [].

Для випадків, що мають практичне значення, нижче приведено декілька формул розрахунку коефіцієнтів опромінення.

Якщо елементарна площадка розташована над кутом паралельного їй прямокутника (рис.4.10), коефіцієнт опромінення визначається за формулою:

Рис.4.10 Коефіцієнт опромінення для елементарної площадки на поверхню паралельної їй площини.

…(4.29),

а якщо над кутом перпендикулярного їй прямокутника (рис.14), то:

………………(4.30)

Рис.4.11 Коефіцієнт опромінення для площадки на поверхню перпендикулярної їй площини.

Розташування двох прямокутних поверхонь і позначення зображені на рис.4.12.

Рис.14.12 Розташування поверхонь: а) в паралельних площинах один проти одного; б)в перпендикулярних площинах з спільною гранню.

При двох однакових поверхнях в паралельних площинах, розташованих одна проти одної, наприклад стеля і підлога приміщення під час пожежі:

(4.31), де a, b- сторони прямокутників в м;

n-відстань між ними в м;

при цьому .

Для поверхонь в перпендикулярних площинах з спільною гранню:

(4.32),

де а-спільна грань, в м;

b,c-сторони, відповідно першого і другого прямокутника, в м.

Рис.4.13 Коефіцієнт опромінення з поверхні на поверхню а) в паралельних площинах б) перпендикулярних площинах.

Криві зміни коефіцієнта опромінення при розташуванні поверхонь в паралельних і перпендикулярних площинах відносно один одного подані на рисунку 3а,б.

Формули (4.31) і (4.32) вважаються базовими і разом з геометричними законами випромінювання дозволяють визначать коефіцієнти опромінення для різних схем розташування поверхонь в приміщенні. Найбільш поширенні варіанти розташування поверхонь один відносно одного і формули розрахунку коефіцієнтів опромінення наведені нижче. Площі поверхонь позначені літерою F з індексом, що відповідає номеру поверхні.

Для схеми №1 зображеної на рис. 4.14 коефіцієнт опромінення розраховується за формулою (4.33):

……………….(4.33),

Рис.4.14 Схема розташування поверхонь №1

Коефіцієнт опромінення для схеми №2 зображеної на рис.4.15 розраховується за формулою (4.34):

(4.34),

Рис. 4.15 Схема розташування поверхонь №2

Коефіцієнт опромінення для схеми №3 зображеної на рис.4.16 розраховується за формулою (4.35):

(4.35),

Рис. 4.16 Схема розташування поверхонь №3

Коефіцієнт опромінення для схеми №4 зображеної на рис.4.17 розраховується за формулою (4.36):

……………..(4.36)

Рис. 4.17 Схема розташування поверхонь №4

Коефіцієнт опромінення для схеми №5 зображеної на рис.4.18 розраховується за формулою (4.37):

(4.37),

Рис. 4.18 Схема розташування поверхонь №5

Коефіцієнт опромінення для схеми №6 зображеної на рис.4.19 розраховується за формулою (4.38):

Рис. 4.19 Схема розташування поверхонь №6

(4.38)

Для спрощення розв’язку задач запропоновані наступні схеми розташування об’єктів, що беруть участь у променевому теплообміні, та формули для розрахунку

· Для двох нескінченно паралельних плоских полос (рис.4.20) однакової ширини а, що розташовані одна від одної на відстань h, коефіцієнт опромінення визначається за формулою

…………………………………………….(4.39)

Рис. 4.20 Схема розташування поверхонь

· Для системи з двох паралельних тіл діаметрами d₁ і d₂ з центрами на одній загальній нормалі до їх площин, та відстані між ними h (рис.4.21).

Рис. 4.21 Схема розташування поверхонь

……………(4.40)

Якщо d₁ = d₂ то

……………………………………………..(4.41)

· Для системи куля і елементарна площадка на площині (рис.4.22):

………………………..(4.42)

Рис. 4.22 Схема розташування поверхонь

· Для системи з двох поверхонь, що утворюють замкнену систему. Менша з поверхонь не має вгнутостей (рис.4.23).

Рис. 4.22 Схема

розташування

поверхонь

Для інших систем значення коефіцієнтів опромінення можна знайти в довідниках.

Густина теплового потоку падаючого на поверхню горючого матеріалу не повинне перевищувати встановленої для нього критичної густини

опромінення q_кр

2) Температура опроміненої поверхні не повинне перевищувати гранично допустимої температури нагрівання даного матеріалу Т_доп (К):

4. ВИПРОМІНЮВАННЯ ФАКЕЛА ПОЛУМ’Я ПРИ ПОЖЕЖІ.

Випромінювання факелом відбувається в умовах пожежі, особливо при зовнішніх, тому для спеціалістів пожежної охорони воно має певний інтерес

- як потужне джерело теплової енергії , маючи негативну дію на організм людини під час гасіння пожежі;

- як носій великої кількості променевої енергії, яка за певних умов може привести до спалаху горючих матеріалів, що приводять до поширення пожежі;

- як джерело прогрівання будівельних конструкцій.

Для розрахунку випромінювання факела при пожежі можна скористатися рівнянням.

ф – факела; - опромінена поверхня.

- приведений ступінь чорноти факела і матеріалу опроміненої поверхні.

Полум’я розрізняють на те що світиться і не світиться. В полум’ї, що світиться випромінюючими компонентами в основному є СО₂ і водяна пара. Значна доля випромінення приходиться на розжарені частинки сажі. , де …………………………з……………………….(4.44)