Инфракрасное излучение

Солнечные лучи состоят из видимой части спектра (семь цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый) и лучей, невидимых нашим глазом: инфракрасных лучей, ультрафиолетовых лучей, Х-лучей и микроволн, гамма-лучей.
Тепловое излучение (инфракрасное излучение (ИКИ)) представляет собой невидимое электромагнитное излучение с длиной волны от 0.76 нм до 420 мкм, обладающее волновыми и световыми свойствами.

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) область.

ИК-А (780...1400 нм), ИК-В (1400...3000 нм) и ИК-С (3000 нм...1000 мкм).

В производственных условиях гигиеническое значение имеет более узкий диапазон 0.76-70 мкм.

Источником инфракрасного излучения в производственных условиях являются нагретые поверхности слитков, чушек, листов, поковок, разливаемый жидкий металл, открытое пламя печей, сварочное пламя (при электро и газосварке) и т.п.

По характеру излучения производственные источники тепла и лучистой энергии подразделяются на четыре основные группы:

1) Источники с температурой до 500°С - спектр содержит исключительно длинноволновое ИКИ;

2) Источники с температурой от 500°С до 1200°С - в спектре содержится ИКИ-А, ИКИ-В, ИКИ-С, но появляется также видимое излучение слабой интенсивности, сначала красное, а затем белое;

3) Источники с температурой от 1200°С до 2000°С - спектр содержит как все виды ИКИ, так и видимое излучение высокой яркости;

4) Источники с температурой от 2000°С до 4000°С - спектр наряду с инфракрасным и видимым излучением содержит ультрафиолетовое излучение.

Основные законы физики инфракрасного излучения следующие:

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. На этом законе основано применение поглощающей защитной одежды, светофильтров, окраска оборудования, устройство приборов для измерения теплового излучения.

Закон Стефана-Больцмана: с повышением температуры излучающего тела мощность излучения увеличивается пропорционально 4-й степени его абсолютной температуры:

E = σ ∙ T⁴ [Вт/м²] (1)

Е - мощность излучения; σ - постоянная Стефана-Больцмана, равная 5.67032 ∙ 10^-8

Вт ∙ м^-2 ∙ К^-4; Т - абсолютная температура, К (Кельвин).

В соответствии с этим законом даже небольшое повышение температуры тела приводит к значительному росту отдачи тепла излучением. Используя этот закон можно определить величину теплообмена излучением в производственных условиях.

Количество тепловой энергии, передаваемое излучением, определяется законом Стефана-Больцмана по формуле:

Е = С₁С₂∙σ (Т₁⁴-Т₂⁴) (2)

Е - теплоотдача, Вт/м, С₁ и С₂ - константы излучения с поверхностей, σ -постоянная Стефана-Больцмана; Т₁ и Т₂ - температуры поверхностей (°К), между которыми происходит теплообмен излучением.

При расчете теплоотдачи излучением учитывают температуру стен и других поглощающих тепловую радиацию поверхностей (среднерадиационная температура).

Закон Вина: произведение абсолютной температуры излучающего тела на длину волны излучения (λ макс) с максимальной энергией - величина постоянная

λ_макс ∙ Т = С (3)

где: С=2880; Т - абсолютная температура °К; λ - длина волны в мкм.

Исходя из закона Вина, длина волны максимального излучения нагретого тела обратно пропорциональна его абсолютной температуре:

λ_макс = С / Т (4)

Интенсивность теплового излучения на рабочих местах может колебаться от 175 Вт/м² до 13956 Вт/м². К горячим цехам относят цеха, в которых тепловыделение превышает 23 Дж/м².

В литейных цехах (нагрев и обработка деталей) интенсивность излучения составляет 1392-3480 Вт/м².

В производственных помещениях с большим тепловыделением (горячие цеха) доля тепла, приходящее на инфракрасное излучение, может составлять до 2/3 выделяемого тепла и только 1/3 составляет конвекционное тепло, т.е. тепло, передающееся при контакте с нагретым воздухом.

Основная физическая характеристика инфракрасного излучения - интенсивность излучения (плотность потока) Е (Вт/м²) зависит от температуры излучателя, его площади и расстояния до исследуемой точки пространства и определяется по следующим формулам:

При R ≥ √S

E_u = (5)

При R < √S

E_u = (6)

где S - площадь поверхности излучателя, м²,

Т_u - абсолютная температура излучателя, °К,

R - расстояние от излучателя до точки замера, м

Поиск по сайту: