Zohľadňuje sa infračervený rozptyl pri používaní ohrievacích trubíc z uhlíkových vlákien na sušenie vlhkých materiálov v priemyselnej výrobe?

V priemyselnej výrobe sa elektrický ohrev bežne používa na ohrev a sušenie vlhkých materiálov. Medzi hlavné princípy sušenia patria tieto: prvý zahŕňa ohrev materiálov pri vysokej teplote okolia na dosiahnutie sušenia; druhý využíva mikrovlny na ohrev a sušenie materiálov; tretí využíva ohrev infračerveným žiarením a štvrtý zahŕňa sušenie pri nízkej teplote. Tieto procesy sa líšia technikou, ale majú rovnaký cieľ: odstrániť vlhkosť z mokrých materiálov, čo vedie k suchému výrobku, aby sa znížili náklady na skladovanie a prepravu a dĺžka skladovania.

Dnes si stručne povieme, či pri používaní vykurovacích trubíc z uhlíkových vlákien na sušenie musíme brať do úvahy mikroskopickú štruktúru materiálov a ich vplyv na odraz a rozptyl infračerveného žiarenia.

Intenzita rozptylu žiarenia kvapalinami a pevnými látkami je priamo úmerná ich termodynamickej teplote a je ovplyvnená hustotou materiálu, ktorá sa zvyčajne zvyšuje s väčšou hustotou. Okrem toho súvisí s povrchovým napätím kvapaliny, ktoré sa zvyšuje s klesajúcim povrchovým napätím. Voda má najvyšší koeficient povrchového napätia, a preto vykazuje nižší rozptyl žiarenia v porovnaní s ostatnými kvapalinami.

Keď infračervené žiarenie stredných a dlhých vĺn interaguje so škrobovými zrnami alebo rastlinnými bunkami, vyvoláva zložité vibrácie. Preto vibrácie častice nie sú konštantné a rozptyl žiarenia častice zahŕňa kombinované účinky odrazu, lomu a sekundárneho žiarenia.

Rozptylové javy na molekulárnej úrovni sa vo všeobecnosti vyskytujú tam, kde je materiál heterogénny, napríklad v oblastiach s gradientmi hustoty, vlhkosti, teploty, anizotropie a štrukturálnych nehomogenít. Nepravidelné póry a kapiláry v materiáli spolu s okrajmi kapilárnych povrchov kvapalín môžu spôsobovať rozptyl žiarenia a zmeny smeru žiarenia. Pri skúmaní účinkov ohrevu infračerveného žiarenia vykurovacích trubíc z uhlíkových vlákien je teda potrebné zvážiť, či tieto účinky rozptylu môžu ovplyvniť žiarenie.

Steny pórov a bunkové membrány rastlinných materiálov pozostávajú z koloidných častíc, ktoré slúžia ako rozptylové centrá v materiáli, čo vedie k viacnásobnému rozptylu. Dokonca aj v materiáloch s hrúbkou menšou ako 1 μm sa môžu vyskytnúť viac ako dva prípady viacnásobného rozptylu, ktoré absorbujú energiu žiarenia. Z toho vyplýva, že vlastnosti materiálu a sálavý prenos tepla sú úzko prepojené.

Látky ako drevo, čaj a ovocie majú porézne koloidné štruktúry, ktoré vykazujú vysoké absorpčné pásy pre infračervené žiarenie s vlnovou dĺžkou okolo 20 μm. Táto vysoká absorpcia je spôsobená tým, že všetky zložky poréznej koloidnej štruktúry absorbujú infračervené žiarenie. Preto je pri používaní ohrievacích trubíc z uhlíkových vlákien na ohrev alebo sušenie týchto materiálov nevyhnutné prispôsobiť vrcholové absorpčné vlnové dĺžky materiálov.

Materiály obsahujúce vlhkosť, najmä v špecifických spektrálnych pásmach, vykazujú nízku odrazivosť infračerveného žiarenia. To je obzvlášť viditeľné v povrchových vrstvách dreva obsahujúcich vlhkosť, čo vedie k zníženej odrazivosti. So zvyšujúcim sa obsahom vlhkosti v týchto spektrálnych pásmach sa zvyšuje aj miera absorpcie energie infračerveného žiarenia.