Tænker man på infrarød spredning, når man bruger kulfibervarmerør til at tørre våde materialer i industriel produktion?

I industriel produktion bruges elektrisk opvarmning ofte til at opvarme og tørre våde materialer. De vigtigste tørringsprincipper omfatter følgende: Den første involverer opvarmning af materialer gennem en høj omgivelsestemperatur for at opnå tørring; den anden bruger mikrobølger til at opvarme og tørre materialer; den tredje bruger infrarød stråleopvarmning; og den fjerde involverer dehydreringstørring ved lav temperatur. Disse processer varierer i teknik, men har samme mål: at uddrive fugt fra våde materialer, hvilket resulterer i et tørt produkt, der reducerer lager- og transportomkostningerne og lagringstiden.

I dag skal vi kort diskutere, om vi skal tage højde for materialernes mikroskopiske struktur og deres effekt på refleksion og spredning af infrarød stråling, når vi bruger kulfibervarmerør til tørring.

Spredningsintensiteten af stråling fra væsker og faste stoffer er direkte proportional med deres termodynamiske temperatur og påvirkes af materialets massefylde, som typisk stiger med større massefylde. Derudover er den relateret til væskens overfladespænding og stiger, når overfladespændingen falder. Vand har den højeste overfladespændingskoefficient og udviser derfor lavere strålingsspredning sammenlignet med andre væsker.

Når mellem- til langbølget infrarød stråling interagerer med stivelseskorn eller planteceller, fremkalder det komplekse vibrationer. Derfor er en partikels vibrationer ikke konstante, og partiklens spredning af stråling omfatter de kombinerede effekter af refleksion, refraktion og sekundær stråling.

Spredningsfænomener på molekylært niveau opstår generelt, hvor materialet er heterogent, f.eks. områder med tæthedsgradienter, fugtgradienter, temperaturgradienter, anisotropi og strukturelle inhomogeniteter. Uregelmæssige porer og kapillærer i materialet kan sammen med kanterne på kapillære væskeoverflader forårsage strålingsspredning og ændringer i strålingsretningen. Når man undersøger opvarmningseffekterne af kulfibervarmerørs infrarøde stråling, er det derfor nødvendigt at overveje, om disse spredningseffekter kan påvirke strålingen.

Porevæggene og cellemembranerne i plantematerialer består af kolloide partikler, der fungerer som spredningscentre i materialet, hvilket fører til flere spredninger. Selv i materialer, der er mindre end 1 μm tykke, kan der forekomme mere end to tilfælde af multipel spredning, som absorberer strålingsenergi. Derfor er materialets egenskaber og den strålende varmeoverførsel tæt forbundet.

Stoffer som træ, te og frugt har porøse kolloide strukturer, der udviser høje absorptionsbånd for infrarød stråling omkring en bølgelængde på 20 μm. Denne høje absorption skyldes, at alle komponenter i den porøse kolloide struktur absorberer den infrarøde stråling. Når man bruger kulfibervarmerør til at opvarme eller tørre disse materialer, er det derfor vigtigt at matche materialernes maksimale absorptionsbølgelængder.

Materialer, der indeholder fugt, især inden for bestemte spektralbånd, udviser lav refleksionsevne over for infrarød stråling. Det ses især i overfladelagene på træ, der indeholder fugt, hvilket fører til reduceret refleksionsevne. Når fugtindholdet stiger inden for disse spektralbånd, stiger absorptionshastigheden af infrarød strålingsenergi også.