Чи враховується інфрачервоне розсіювання при використанні нагрівальних труб з вуглецевого волокна для сушіння вологих матеріалів у промисловому виробництві?

У промисловому виробництві електричне нагрівання зазвичай використовується для нагрівання та сушіння вологих матеріалів. Основні принципи сушіння включають наступні: перший передбачає нагрівання матеріалів за допомогою високої температури навколишнього середовища для досягнення сушіння; другий використовує мікрохвилі для нагрівання і сушіння матеріалів; третій - нагрівання інфрачервоним випромінюванням; четвертий - низькотемпературне дегідратаційне сушіння. Ці процеси відрізняються за технікою, але мають одну мету: видалити вологу з вологих матеріалів і отримати сухий продукт, що зменшує витрати на зберігання, транспортування і тривалість зберігання.

Сьогодні коротко обговоримо, чи потрібно враховувати мікроскопічну структуру матеріалів та їх вплив на відбиття і розсіювання інфрачервоного випромінювання при використанні вуглецевих нагрівальних трубок для сушіння.

Інтенсивність розсіювання випромінювання рідинами і твердими тілами прямо пропорційна їхній термодинамічній температурі і залежить від густини матеріалу, зазвичай збільшуючись зі збільшенням густини. Крім того, вона пов'язана з поверхневим натягом рідини, збільшуючись зі зменшенням поверхневого натягу. Вода має найвищий коефіцієнт поверхневого натягу, а отже, демонструє менше розсіювання випромінювання порівняно з іншими рідинами.

Коли середньо- та довгохвильове інфрачервоне випромінювання взаємодіє з гранулами крохмалю або рослинними клітинами, воно збуджує складні коливання. Тому коливання частинки не є постійними, а розсіювання частинками випромінювання включає комбіновані ефекти відбиття, заломлення та вторинного випромінювання.

Явища розсіювання на молекулярному рівні зазвичай виникають там, де матеріал неоднорідний, наприклад, в областях з градієнтами щільності, вологості, температури, анізотропії та структурних неоднорідностей. Нерівномірні пори і капіляри в матеріалі, а також краї капілярних поверхонь рідини можуть викликати розсіювання випромінювання і зміну напрямку випромінювання. Таким чином, при вивченні нагрівальних ефектів інфрачервоного випромінювання нагрівальних труб з вуглецевого волокна необхідно враховувати, чи можуть ці ефекти розсіювання впливати на випромінювання.

Стінки пор і клітинні мембрани рослинних матеріалів складаються з колоїдних частинок, які слугують центрами розсіювання в матеріалі, що призводить до багаторазового розсіювання. Навіть у матеріалах товщиною менше 1 мкм може відбуватися більше двох випадків багаторазового розсіювання, поглинаючи енергію випромінювання. Отже, характеристики матеріалу і радіаційний теплообмін тісно пов'язані між собою.

Такі речовини, як деревина, чай і фрукти, мають пористу колоїдну структуру, яка демонструє високі смуги поглинання інфрачервоного випромінювання з довжиною хвилі 20 мкм. Таке високе поглинання пояснюється тим, що всі компоненти пористої колоїдної структури поглинають інфрачервоне випромінювання. Тому при використанні нагрівальних трубок з вуглецевого волокна для нагрівання або сушіння цих матеріалів необхідно враховувати пікові довжини хвиль поглинання матеріалів.

Матеріали, що містять вологу, особливо в певних спектральних діапазонах, мають низьку відбивну здатність до інфрачервоного випромінювання. Це особливо помітно в поверхневих шарах деревини, які містять вологу, що призводить до зниження відбивної здатності. Зі збільшенням вмісту вологи в цих спектральних діапазонах збільшується і швидкість поглинання енергії інфрачервоного випромінювання.