Радіаційне охолодження

Цей метод теплового захисту використовує здатність нагрітої поверхні випромінювати тепло. Вступник до поверхні конвективний або радіаційний тепловий потік підвищує її температуру. На підставі другого закону термодинаміки можна показати, що існує гранична кількість енергії, яке може випромінюватися тілом при даній температурі і при даній довжині хвилі. Джерело такого випромінювання називається абсолютно чорним тілом. Щільність потоку випромінювання абсолютно чорного тіла визначається законом Планка. Показник заломлення і відноситься до середовища, навколишнього абсолютно чорне тіло. Реальні речовини не є абсолютно чорними тілами, а при кожній довжині хвилі випромінюють лише частина. Коефіцієнт називається спектральною випромінювальною здатністю або, простіше, спектральної ступенем чорноти.

В основі радіаційного методу охолодження закладена ідея рівності підведеного теплового потоку та випромінюваного назад з нагрітої поверхні теплового потоку. Температура поверхні, при якій досягається це рівність, називається рівноважної і може бути обчислена за допомогою співвідношення. При цьому передбачається, що тепловідвід усередину покриття дорівнює нулю. Зрозуміло, що рівноважна температура поверхні не може бути вище температури руйнування даного типу покриття ГРа3р, тому максимальний тепловий потік, який може бути знятий з поверхні методом радіаційного охолодження, обмежений величиною.

В якості конструкційних матеріалів для систем з радіаційним охолодженням застосовуються тугоплавкі метали – молібден, вольфрам і ін, однак в окислювальному середовищі, в тому числі і в повітрі, температура їх руйнування Гразр виявляється набагато нижче температури плавлення. У тих випадках, коли радіаційна система теплового захисту працює при малих тисках навколишнього середовища необхідно рахуватися з можливістю сублімації поверхні. Слід мати на увазі, що радіаційний метод захисту застосуємо для охолодження відкритих в навколишній простір частин виробу, оскільки в противному випадку можливе самооблученіе конструкціі.Еслі спектральна міра чорноти порівняно слабко залежить від температури випромінюючої поверхні, але сильно змінюється з довжиною хвилі, то інтегральне значення ступеня чорноти істотно залежить від температури, оскільки максимум розподілу щільності потоку випромінювання із зростанням Т зсувається в область коротких довжин хвиль.

Вид кривих залежності коефіцієнта від принципово різний у полірованих металів (або в загальному випадку провідників) і оксидів (або діелектриків). У металів ступінь чорноти зменшується з ростом довжини хвилі, а в діелектриків – вона в інфрачервоній області зростає. Відповідно чисті поліровані метали характеризуються низькими значеннями інтегральної ступеня чорноти при малих температурах. Однак шорсткість, забруднення поверхні або наявність товстого шару оксидів (або анодування) може вирівняти ступеня чорноти металів і діелектриків. Інтегральні ступені чорноти металів із збільшенням температури дещо зростають, тоді як в діелектриків падають. Принципово можлива захист і від радіаційних теплових потоків. Так, у відкритому космосі використовуються теплорегулюючі покриття, що володіють низькими ступенями чорноти (або коефіцієнтами поглинання) у видимому діапазоні спектра, на який в основному доводиться вивчення Сонця, і великими в інфрачервоній області.

11 липня 2012

Джерело: www.stroysovet.ru