Wordt er rekening gehouden met infraroodverstrooiing bij het gebruik van koolstofvezelverwarmingsbuizen om natte materialen te drogen in industriële productie?

In de industriële productie wordt elektrische verwarming vaak gebruikt om natte materialen te verwarmen en te drogen. De belangrijkste droogprincipes zijn de volgende: bij de eerste worden materialen verwarmd bij een hoge omgevingstemperatuur om het drogen te bereiken; bij de tweede worden microgolven gebruikt om materialen te verwarmen en te drogen; bij de derde wordt gebruik gemaakt van infraroodstraling; en bij de vierde wordt droging bij lage temperatuur toegepast. Deze processen verschillen in techniek maar hebben hetzelfde doel: vocht uit natte materialen verdrijven, wat resulteert in een droog product om de opslag- en transportkosten en de opslagduur te verminderen.

Laten we vandaag kort bespreken of we rekening moeten houden met de microscopische structuur van materialen en hun effect op de reflectie en verstrooiing van infrarode straling bij het gebruik van koolstofvezel verwarmingsbuizen voor het drogen.

De verstrooiingsintensiteit van straling door vloeistoffen en vaste stoffen is recht evenredig met hun thermodynamische temperatuur en wordt beïnvloed door de dichtheid van het materiaal. Bovendien is de intensiteit gerelateerd aan de oppervlaktespanning van de vloeistof, die toeneemt naarmate de oppervlaktespanning afneemt. Water heeft de hoogste oppervlaktespanningscoëfficiënt, waardoor het minder straling verstrooit dan andere vloeistoffen.

Wanneer middellange- tot langgolvige infraroodstraling interageert met zetmeelkorrels of plantencellen, wekt het complexe trillingen op. Daarom zijn de trillingen van een deeltje niet constant en omvat de stralingsverstrooiing van het deeltje de gecombineerde effecten van reflectie, breking en secundaire straling.

Verstrooiingsverschijnselen op moleculair niveau treden over het algemeen op waar het materiaal heterogeen is, zoals gebieden met dichtheidsgradiënten, vochtgradiënten, temperatuurgradiënten, anisotropie en structurele inhomogeniteiten. Onregelmatige poriën en haarvaten in het materiaal, samen met de randen van capillaire vloeistofoppervlakken, kunnen stralingsverstrooiing en veranderingen in de stralingsrichting veroorzaken. Bij het bestuderen van de verwarmingseffecten van de infrarode straling van koolstofvezelverwarmingsbuizen moet er dus rekening mee worden gehouden of deze verstrooiingseffecten de straling kunnen beïnvloeden.

De poriënwanden en celmembranen van plantaardige materialen bestaan uit colloïdale deeltjes die als verstrooiingscentra in het materiaal fungeren, wat tot meervoudige verstrooiingen leidt. Zelfs in materialen met een dikte van minder dan 1 μm kunnen meer dan twee gevallen van meervoudige verstrooiing voorkomen, waardoor stralingsenergie wordt geabsorbeerd. Bijgevolg zijn de eigenschappen van het materiaal en de stralingswarmteoverdracht nauw met elkaar verbonden.

Stoffen zoals hout, thee en fruit hebben poreuze colloïdale structuren die hoge absorptiebanden voor infraroodstraling vertonen rond een golflengte van 20 μm. Deze hoge absorptie wordt veroorzaakt doordat alle componenten van de poreuze colloïdale structuur de infrarode straling absorberen. Daarom is het bij het gebruik van koolstofvezelverwarmingsbuizen om deze materialen te verwarmen of te drogen essentieel om de piekabsorptiegolflengtes van de materialen op elkaar af te stemmen.

Materialen die vocht bevatten, vooral binnen specifieke spectrale banden, vertonen een lage reflectiviteit voor infrarode straling. Dit is vooral merkbaar in de oppervlaktelagen van hout dat vocht bevat, wat leidt tot een verminderde reflectiviteit. Naarmate het vochtgehalte binnen deze spectrale banden toeneemt, neemt ook de absorptiesnelheid van infrarode stralingsenergie toe.