Доповідь
Сонячні печі
піч випромінювання енергетичний сонячний
Першим джерелом нагріву, який був застосований в оптичних нагрівальних системах, було сонце. Ще в 1741 р М.В. Ломоносов запропонував ідею створення високотемпературної сонячної печі. У 1890 р В.К. Цісарський провів досліди по розплавлення майже всіх відомих тоді металів і металоїдів за допомогою концентрованих сонячних променів.
Для отримання сфокусованого променя з енергетичної плотностью1000 вт/см 2 і вище на площі в кілька квадратних сантиметрів необхідний джерело випромінювання з досить великими кутовими розмірами і енергетичною яскравістю, у кілька разів перевищує 1000 вт/см 2.
З природних джерел енергії цій вимозі задовольняє тільки Сонце з поверхні якого випромінюється енергія порядку 10 квт/см 2. На межі земної атмосфери сонце створює опроміненість рівну +1400 вт/см 2. На поверхні землі, на широті середньої смуги опроміненість становить приблизно 840 вт/см 2. Це випромінювання Сонця використовують в геліоустановках для випромінювання, зокрема, високих температур - аж до 4000 К при теплофізичних дослідженнях різних матеріалів.
Перша сучасна сонячна піч була побудована в 1921 р в Німеччині. В даний час відомо досить велике число різних сонячних печей, які можна розділити на 2 групи:
1) печі безпосереднього стеження за Сонцем;
2) печі з геліостат.
Всі вони характеризуються наявністю параболоидного дзеркального відбивача, концентрирующего випромінювання Сонця в фокальній площині.
Більшість печей забезпечено геліостат - плоским дзеркалом, напрямних сонячні промені на концентратор за допомогою механізму стеження за положенням сонця. Багато сучасних печі обладнані системою регулювання температури в фокальній (робочої) площині установки і приладами для вимірювання температури досліджуваних або оброблюваних матеріалів.
Сонячні печі, як і всі оптичні печі, обладнані камерою для завантаження в неї випробуваного зразка, в якій здійснюється нагрівання або термічна обробка матеріалів при високих температурах в умовах вакууму або який-небудь контрольованого середовища.
За допомогою сонячних печей, що мають досить великий діаметр концентратора і хороші відображають властивості, на зразках з малою теплопровідністю і високими поглинаючими властивостями були досягнуті температури до 3700 0 С. Ці температури нагріву є реально досягнутими на промислових установках. Теоретичні розрахунки показують, що при підвищенні точності виготовлення поверхонь відбивачів можуть бути отримані температури порядку 3 900 0 С.
Однак робота сонячних печей в значній мірі залежить від кліматичних умов і погоди в районі, де вона встановлена. Тому в сонячній печі важко підтримувати скільки-небудь тривалий час постійну бажану температуру.
У той же час сонячні печі при використанні відбивачів великих розмірів (25 м і більше) дозволяють отримувати облученности, достатні для досягнення температур вище 3000 0 С в фокальному плямі діаметром 36 см.
Необхідність отримання високоінтенсивних і стабільних в часі променистих потоків привела в даний час до все більш широкому використанню в оптичних печах різних високотемпературних штучних джерел, спектр яких досить близький до сонячного.
Першими установками радіаційного нагрівання, в яких як джерел випромінювання застосовували штучні випромінювачі, були установки з лампами розжарювання, ніхромовий спіралями і графітовими нагрівальними елементами, використані для сушіння матеріалів інфрочервона променями. Ці установки забезпечують нагрів зразків до 150 - 250 0 С.
Оптичні печі з лампами розжарювання дозволяють отримувати температуру в фокальному плямі 1000-1500 0 С.
Оптична піч з графітовим нагрівальним елементом забезпечує нагрів матеріалів до 1700 0 С і застосовується для плавки сталі, випробування високотемпературних термопар та ін. Випромінювачем є графітовий елемент у вигляді напівсферичної чаші. Він розрізаний так, що поздовжні прорізи в графіті дозволяють отримувати довжину нагрівача рівну двом метрам при перетині 1см 3.
Оптичні печі з дугового лампою високої інтенсивності є найбільш поширеними. Застосування дугової лампи високої інтенсивності в якості джерела променевої енергії дозволило створити установки з різними по потужності променистими потоками.
Спектр випромінювання цих ламп близький до спектру випромінювання сонця, завдяки чом...
