Wird die Infrarotstreuung bei der Verwendung von Kohlenstofffaser-Heizrohren zur Trocknung von nassen Materialien in der industriellen Produktion berücksichtigt?

In der industriellen Produktion wird zum Erhitzen und Trocknen feuchter Materialien in der Regel elektrische Heizung eingesetzt. Die wichtigsten Trocknungsprinzipien sind die folgenden: Beim ersten Verfahren werden die Materialien durch eine hohe Umgebungstemperatur erwärmt, um eine Trocknung zu erreichen; beim zweiten Verfahren werden Mikrowellen zur Erwärmung und Trocknung der Materialien verwendet; beim dritten Verfahren wird eine Infrarot-Strahlungserwärmung eingesetzt; und beim vierten Verfahren handelt es sich um eine Trocknung durch Dehydrierung bei niedriger Temperatur. Diese Verfahren unterscheiden sich in der Technik, haben aber dasselbe Ziel: die Feuchtigkeit aus den feuchten Materialien zu vertreiben, so dass ein trockenes Produkt entsteht, das die Lager- und Transportkosten und die Lagerdauer reduziert.

Heute wollen wir kurz erörtern, ob wir die mikroskopische Struktur von Materialien und ihre Auswirkungen auf die Reflexion und Streuung von Infrarotstrahlung bei der Verwendung von Kohlefaser-Heizrohren zum Trocknen berücksichtigen müssen.

Die Streuintensität von Strahlung durch Flüssigkeiten und Feststoffe ist direkt proportional zu ihrer thermodynamischen Temperatur und wird durch die Dichte des Materials beeinflusst, die in der Regel mit zunehmender Dichte steigt. Außerdem hängt sie mit der Oberflächenspannung der Flüssigkeit zusammen und nimmt mit abnehmender Oberflächenspannung zu. Wasser hat den höchsten Oberflächenspannungskoeffizienten und weist daher im Vergleich zu anderen Flüssigkeiten eine geringere Strahlungsstreuung auf.

Wenn mittel- bis langwellige Infrarotstrahlung mit Stärkekörnern oder Pflanzenzellen in Wechselwirkung tritt, regt sie komplexe Schwingungen an. Daher sind die Schwingungen eines Teilchens nicht konstant, und die Streuung der Strahlung durch das Teilchen umfasst die kombinierten Effekte von Reflexion, Brechung und Sekundärstrahlung.

Streuphänomene auf molekularer Ebene treten im Allgemeinen dort auf, wo das Material heterogen ist, z. B. in Bereichen mit Dichtegradienten, Feuchtigkeitsgradienten, Temperaturgradienten, Anisotropie und strukturellen Inhomogenitäten. Unregelmäßige Poren und Kapillaren im Material sowie die Ränder von kapillaren Flüssigkeitsoberflächen können eine Streuung der Strahlung und Änderungen in der Strahlungsrichtung verursachen. Bei der Untersuchung der Erwärmungseffekte der Infrarotstrahlung von Kohlefaser-Heizrohren muss daher berücksichtigt werden, ob diese Streuungseffekte die Strahlung beeinflussen könnten.

Die Porenwände und Zellmembranen pflanzlicher Materialien bestehen aus kolloidalen Partikeln, die als Streuzentren im Material dienen und zu Mehrfachstreuungen führen. Selbst in Materialien mit einer Dicke von weniger als 1 μm können mehr als zwei Mehrfachstreuungen auftreten, die Strahlungsenergie absorbieren. Folglich sind die Eigenschaften des Materials und die Strahlungswärmeübertragung eng miteinander verbunden.

Stoffe wie Holz, Tee und Früchte haben poröse kolloidale Strukturen, die eine hohe Absorptionsbande für Infrarotstrahlung bei einer Wellenlänge von 20μm aufweisen. Diese hohe Absorption ist darauf zurückzuführen, dass alle Komponenten der porösen kolloidalen Struktur die Infrarotstrahlung absorbieren. Daher ist es bei der Verwendung von Kohlefaser-Heizrohren zum Erwärmen oder Trocknen dieser Materialien wichtig, die Spitzenabsorptionswellenlängen der Materialien aufeinander abzustimmen.

Materialien, die Feuchtigkeit enthalten, weisen insbesondere in bestimmten Spektralbereichen ein geringes Reflexionsvermögen für Infrarotstrahlung auf. Dies macht sich besonders in den Oberflächenschichten von feuchtigkeitshaltigem Holz bemerkbar und führt zu einem geringeren Reflexionsvermögen. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt in diesen Spektralbereichen zunimmt, steigt auch die Absorptionsrate der Infrarotstrahlung.