Основные понятия и определения. Расчет средств защиты от теплового излучения

Расчет средств защиты от теплового излучения

Практическая работа 5.

Тепловое излучение (инфракрасное излучение) свойственно любым телам, температура которых выше абсолютного нуля.

Инфракрасное излучение подчиняется ряду важных в гигиениче­ском отношении закономерностей.

По закону Стефана-Больцмана мощность излучения (теплоотдача) прямо пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры тела:

, 5.1

где: Е — теплоотдача, , К — постоянная Стефана-Больцмана, равная , Т — абсолютная температура, К.

В соответствии с этим законом даже небольшое увеличение темпе­ратуры тела приводит к значительному росту отдачи тепла излучением.

С увеличением температуры тела изменяется длина волны: макси­мум энергии излучения смещается в сторону более коротких волн, под­чиняясь закону смещения Вина:

, 5.2

где — длина волны в микрометрах, соответствующая максимуму излучения, — постоянная величина, — температура излу­чающей поверхности.

В горячих цехах промышленных предприятий (металлургических, стекольных и др.) большинство технологических процессов протека­ет при температурах, значительно превышающих температуру воздуха окружающей среды. Нагретые поверхности излучают в пространство потоки лучистой энергии. Тепловое воздействие облучения на организм человека зависит от длины волны и интенсивности потока излучения, величины облучаемого участка тела, длительности облучения, угла па­дения лучей, вида одежды человека. У большинства производственных источников максимум энергии приходится на инфракрасные лучи с дли­ной волны 0,78... 1,4 мкм. Инфракрасные лучи оказывают на организм человека в основном тепловое воздействие. Они плохо задерживаются кожей, глубоко проникают в биологические ткани, вызывая повыше­ние их температуры. Например, длительное облучение такими лучами глаз приводит к помутнению хрусталика (профессиональной катарак­те). Под влиянием теплового облучения в организме происходят био­химические сдвиги, уменьшается кислородная насыщенность крови, понижается венозное давление, замедляется кровоток и как следствие наступает нарушение деятельности сердечнососудистой и нервной системы.

Кроме непосредственного воздействия на человека лучистая теплота нагревает окружающие конструкции. Эти вторичные источники отда­ют теплоту окружающей среде излучением и конвекцией, в результате чего температура воздуха в помещении повышается. Для характеристи­ки теплового излучения принята величина, названная интенсивностью I силового облучения. Интенсивность теплового облучения — это мощность лучистого потока, приходящаяся на единицу облучаемой поверх­ности (). Тепловое облучение интенсивностью до 350 не вызывает неприятного ощущения, при 1050 уже через 3...5 минут мм поверхности кожи появляется неприятное жжение (температура ко­жи повышается на 8... 10°С), а при 3500 через несколько секунд Возможны ожоги. При облучении 700... 1400 частота пульса увеличивается на 5... 7 ударов в минуту. Время пребывания в зоне теплового облучения лимитируется, в первую очередь, температурой кожи, болевые ощущения появляются при температуре кожи 40... 45 °С (в зависимости от участка).

Интенсивность теплового облучения на отдельных рабочих местах может быть значительной. Например, в момент заливки стали в форму она составляет 12 000 , а при выпуске стали из печи в ковш дости­гает 7000 . Для сравнения, интенсивность солнечной радиации в безоблачный летний день составляет 1000 .

Любое тело, имеющее отличную от абсолютного нуля температуру, излучает энергию в виде электромагнитных волн с длиной волны от нуля до бесконечности. В зависимости от агрегатного состояния вещества его излучение может быть сплошным (твердые вещества, жидкости) и дискретным (пары и газы). Тепловым излучением называют излучение в видимом (длина волны = 0,4-0,75 мкм) и ближнем инфракрасном ( = 0,75-2,5 мкм) спектральном диапазоне.

Интегральную плотность излучения можно определить по формуле:

*11111* q = · q ⁰ = · ₀· T ⁴ (5.3)

где q - интегральная плотность излучения, Вт/м²

₀ – константа Стефана-Больцмана, равная 5,67·10^-8 Вт/(м²·К⁴);

– степень черноты;

Т – температура излучающего тела, К.

Для удобства инженерных расчетов формулу (5.3) обычно представляют в виде:

q = · С ₀·(T /100)⁴, (5.4)

где С ₀=5,67 Вт/(м²·К⁴) носит название константа излучения абсолютно черного тела (АЧТ).

Приведенные выше формулы характеризуют полусферическое собственное излучение тела q ^соб. Однако в практических расчетах интерес представляет доля полусферического излучения тела (например, раскаленного сляба), падающего на какую-нибудь поверхность (окно кабины оператора, лицо рабочего и т.п.). Эта доля характеризуется угловым коэффициентом излучения , равным:

= q ^пад/ q ^соб (5.5)

где - угловой коэффициент излучения;

q ^пад - плотность теплового потока падающего излучения, Вт/м²;

Из формулы (5.5) следует, что:

q ^пад = · q ^соб = · · ₀· T ⁴ (5.6)

Величину плотности теплового потока падающего излучения q ^пад в охране труда называют облученностью.

Падающий на поверхность тела поток излучения частично поглощается, частично отражается, а остаток проходит сквозь тело и в соответствии с законом сохранения энергии:

Q ^пад = Q ^погл + Q ^отр + Q ^проп (5.7)

где Q ^пад - падающий на поверхность тела поток излучения, Вт;

Q ^погл – поглощенный телом поток излучения, Вт;

Q ^отр – отраженный телом поток излучения, Вт;

Q ^проп – пропущенный сквозь тело поток излучения, Вт.

или:

1 = A + R + D (5.8)

где А = Q ^погл /Q ^пад – поглощательная способность тела;

R = Q ^отр /Q ^пад – отражательная способность тела;

D = Q ^проп /Q ^пад – пропускательная способность тела (среды);

Для АЧТ R = D = 0 и A = 1, т.е. АЧТ поглощает все падающее на нее излучение.

Дата добавления: 2015-07-13