WarmFires.ru

Рис. 153. Схема лучистого теплообмена в зазоре между двумя параллельными поверхностями.

Действительно, при отсутствии экранов тепловое излучение беспрепятственно достигает стен бани, но любой экран уже препятствует этому. Если экран сделать неотражаемым (чёрным), то излучение от топливника полностью поглощается экраном. Экран нагревается, находящийся рядом с ним воздух тоже начинает нагреваться и подниматься вверх, унося с собой тепло с экранов в виде конвективного тепла. Теплопередающая система с развитой поверхностью горячих элементов для нагрева воздуха широко применяется во многих областях техники и называется калориферной (от слова «caloric», означающего «теплота»). Так, например, широко известные в прошлом печные изразцы выполнялись с вертикальными воздушными каналами так, чтобы изразцы помимо декоративной функции выполняли бы роль калориферной системы, повышающей теплоотдачу кирпичной печи (правда, незначительно). В случае экранов мы имеем дело тоже с калорифером -зазором с горячими стенками. Система экранов преобразует лучистое тепло в тепло воздуха, в отличие от жаровни, преобразующей наоборот, тепло воздуха в инфракрасное излучение. На рисунке 154 в качестве иллюстрации приведены тепловые балансы экранов, рассчитанные для случая слабого нагрева воздуха (то есть для невысоких экранов). Показано, что при температуре поверхности топливника печи 400°С достаточно двух экранов для снижения температуры до 25°С. При расчёте принята степень черноты экранов 8=1 и коэффициент кондуктивно-конвектив-ной теплопередачи а=22 Вт/м2-град, отвечающий скорости движения воздуха 2 м/сек (см. раздел 5.7.3). При более высоких температурах поверхности печи потребуется большее число экранов, но если зазоры принудительно продувать вентилятором, то необходимое число экранов снижается. Большой интерес представляет случай, когда внешний экран охлаждается водой, то есть является котлом. В таком случае установка или удаление внутренних экранов регулирует скорость нагрева воды в котле.

Зазор (расстояние) между экранами должен выбираться из того расчёта, чтобы силы трения (вязкость) не препятствовали течению воздуха.

Рис. 154. Некоторые принципы защиты людей от лучистых потоков со стенки топливника металлической печи: а - теплоизоляция, б - отражение лучистого тепла, в - поглощение лучистого потока экранами. 1 - внешняя поверхность стенки топливника, 2 - слой низкотеплопроводного термостойкого материала, 3 - «отражающийся» кондук-тивный поток тепла, 4 - отражающий экран, 5 - неотражающие (поглощающие инфракрасные лучи) экраны. Волнистые стрелки - лучистые потоки, прямые стрелки - потоки конвективного тепла, пунктирные стрелки - поток охлаждающего воздуха. Цифры при сплошных стрелках указывают расчётные мощности тепловых потоков в кВт/м2 (в расчёте на 1 м2 экрана), при пунктирных -скорость движения воздуха, при экранах - температуры экранов в нагретом состоянии. Так, на средний экран попадает 12 кВт/м2 лучистого тепла (11,5 кВт/м2 со стороны топливника; 0,5 кВт/м2 со стороны внешнего экрана), из них по 3,8 кВт/м2 снимается конвекцией с каждой стороны экрана и по 2,2 кВт/м2 тепловым излучением в обе стороны.

Для свободноконвективных потоков при температуре экранов более 200°С величина зазора должна быть не менее 20-30 мм. При продуве зазора вентиляторами величину зазоров можно существенно уменьшать, а в местах местных газодинамических сопротивлений (поворотов, разворотов, в том числе связанных с использованием гофрированных листовых материалов, трубок, отверстий и т. п.) величину зазоров следует увеличивать. В случае свободноконвективных потоков в зазорах можно устанавливать задвижки, регулирующие скорость продува зазоров и, как следствие, температуру внешнего экрана (кожуха), что перекликается с принципом регулировки каменок на рис. 149. В связи с этим отметим, что очень высокте экраны у горячих поверхностей недопустимы, поскольку воздух в них нагревается до температуры экранов, и система конвективного теплоотбора перестаёт действовать. Высокие экраны надо разбивать на множество низких (с удалением горячего и вводом холодного воздуха).