Beaktas infraröd spridning när kolfibervärmerör används för att torka våta material i industriell produktion?

I industriell produktion används ofta elektrisk uppvärmning för att värma och torka våta material. De viktigaste torkningsprinciperna är följande: den första innebär att material värms upp till hög omgivningstemperatur för att torka, den andra använder mikrovågor för att värma och torka material, den tredje använder infraröd strålning och den fjärde innebär dehydratisering vid låg temperatur. Dessa processer varierar i teknik men har samma mål: att driva ut fukt från våta material, vilket resulterar i en torr produkt för att minska lagrings- och transportkostnaderna och lagringstiden.

Låt oss idag kortfattat diskutera om vi behöver ta hänsyn till materialens mikroskopiska struktur och deras effekt på reflektion och spridning av infraröd strålning när vi använder kolfibervärmerör för torkning.

Spridningsintensiteten för strålning från vätskor och fasta ämnen är direkt proportionell mot deras termodynamiska temperatur och påverkas av materialets densitet, som normalt ökar med högre densitet. Dessutom är den relaterad till vätskans ytspänning, som ökar när ytspänningen minskar. Vatten har den högsta ytspänningskoefficienten och uppvisar därmed lägre strålningsspridning jämfört med andra vätskor.

När medel- till långvågig infraröd strålning interagerar med stärkelsegranuler eller växtceller, exciterar den komplexa vibrationer. En partikels vibrationer är därför inte konstanta och partikelns spridning av strålning innefattar de kombinerade effekterna av reflektion, refraktion och sekundärstrålning.

Spridningsfenomen på molekylär nivå uppstår i allmänhet där materialet är heterogent, t.ex. områden med densitetsgradienter, fuktgradienter, temperaturgradienter, anisotropi och strukturella inhomogeniteter. Oregelbundna porer och kapillärer i materialet, tillsammans med kanterna på kapillära vätskeytor, kan orsaka strålningsspridning och förändringar i strålningsriktningen. När man studerar uppvärmningseffekterna av infraröd strålning från kolfibervärmerör är det därför nödvändigt att överväga om dessa spridningseffekter kan påverka strålningen.

Porväggarna och cellmembranen i växtmaterial består av kolloidala partiklar, som fungerar som spridningscentra i materialet, vilket leder till multipel spridning. Även i material som är mindre än 1 μm tjocka kan mer än två fall av multipel spridning förekomma, vilket absorberar strålningsenergi. Följaktligen är materialets egenskaper och den radiativa värmeöverföringen nära kopplade till varandra.

Ämnen som trä, te och frukt har porösa kolloidala strukturer som uppvisar höga absorptionsband för infraröd strålning runt en våglängd på 20 μm. Denna höga absorption beror på att alla komponenter i den porösa kolloidala strukturen absorberar den infraröda strålningen. När man använder kolfibervärmerör för att värma eller torka dessa material är det därför viktigt att matcha materialens högsta absorptionsvåglängder.

Material som innehåller fukt, särskilt inom specifika spektralband, uppvisar låg reflektivitet för infraröd strålning. Detta är särskilt märkbart i ytskikten på trä som innehåller fukt, vilket leder till minskad reflektivitet. När fukthalten ökar inom dessa spektralband ökar också absorptionshastigheten för infraröd strålningsenergi.