Учитывается ли инфракрасное рассеяние при использовании нагревательных трубок из углеродного волокна для сушки влажных материалов в промышленном производстве?

В промышленном производстве для нагрева и сушки влажных материалов обычно используется электрический нагрев. Основные принципы сушки включают в себя следующие: первый предполагает нагрев материалов при высокой температуре окружающей среды для достижения сушки; второй - использование микроволн для нагрева и сушки материалов; третий - нагрев инфракрасным излучением; четвертый - низкотемпературная дегидратационная сушка. Эти процессы различаются по технике, но имеют одну и ту же цель: удалить влагу из влажных материалов, в результате чего получается сухой продукт, позволяющий снизить затраты на хранение и транспортировку, а также продолжительность хранения.

Сегодня мы вкратце обсудим, нужно ли учитывать микроскопическую структуру материалов и их влияние на отражение и рассеивание инфракрасного излучения при использовании углеволоконных нагревательных трубок для сушки.

Интенсивность рассеяния излучения жидкостями и твердыми телами прямо пропорциональна их термодинамической температуре и зависит от плотности материала, обычно увеличиваясь с ростом плотности. Кроме того, она связана с поверхностным натяжением жидкости, увеличиваясь по мере уменьшения поверхностного натяжения. Вода обладает самым высоким коэффициентом поверхностного натяжения, поэтому рассеивание излучения в ней ниже, чем в других жидкостях.

Когда средне- и длинноволновое инфракрасное излучение взаимодействует с крахмальными гранулами или клетками растений, оно возбуждает сложные колебания. Поэтому колебания частицы не являются постоянными, и рассеяние излучения частицей включает в себя комбинированные эффекты отражения, преломления и вторичного излучения.

Явления рассеяния на молекулярном уровне обычно происходят там, где материал неоднороден, например, в областях с градиентами плотности, влажности, температуры, анизотропии и структурных неоднородностей. Неравномерные поры и капилляры в материале, а также края капиллярных поверхностей жидкости могут вызывать рассеяние излучения и изменение направления излучения. Таким образом, при изучении нагревательных эффектов инфракрасного излучения нагревательных трубок из углеродного волокна необходимо учитывать, могут ли эти эффекты рассеяния влиять на излучение.

Стенки пор и клеточные мембраны растительных материалов состоят из коллоидных частиц, которые служат центрами рассеяния в материале, что приводит к многократному рассеянию. Даже в материалах толщиной менее 1 мкм может возникать более двух случаев многократного рассеяния, поглощающих энергию излучения. Следовательно, характеристики материала и радиационная теплопередача тесно связаны.

Такие вещества, как дерево, чай и фрукты, имеют пористые коллоидные структуры, которые демонстрируют высокие полосы поглощения инфракрасного излучения в районе длины волны 20 мкм. Такое высокое поглощение обусловлено тем, что все компоненты пористой коллоидной структуры поглощают инфракрасное излучение. Поэтому при использовании нагревательных трубок из углеродного волокна для нагрева или сушки этих материалов необходимо, чтобы пиковые длины волн поглощения соответствовали длинам волн материалов.

Материалы, содержащие влагу, особенно в определенных спектральных диапазонах, демонстрируют низкую отражательную способность к инфракрасному излучению. Это особенно заметно в поверхностных слоях древесины, содержащей влагу, что приводит к снижению отражательной способности. По мере увеличения содержания влаги в этих спектральных полосах увеличивается и скорость поглощения энергии инфракрасного излучения.