【正文】 gy saving optimization using parabolic system device of far infrared radiation and the analysis of the best results, and also to test the absorption characteristics of the process analysis, by analyzing a large amount of data to calculate the optimum temperature required for the test surface as well as the corresponding optimal matching degree. The content of this design is used according to different objects of farinfrared radiation heating dry heating furnace arch designed soft foundation. The design key of this paper is the optimization of radiation field. Spatial temperature distribution are the important factors influencing the radiation efficiency and effect, so in the thesis, first of all, the establishment of a direct illumination model and the micro yuan ring was direct illumination analysis。遠(yuǎn)紅外 加熱器有板狀、管狀、燈狀和燈口狀幾種，所用的能源以電能為主， 但是也可以利用 煤氣，蒸汽、沼氣和煙道氣等 ， 利用這項(xiàng)技術(shù)提高加熱效率，重要的是要提高被加熱物料對(duì)輻射線(xiàn)的吸收能力，使其分子振動(dòng)波長(zhǎng)與遠(yuǎn)紅外光譜的波長(zhǎng)相匹配。為此，這項(xiàng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于油漆、塑料、食品、藥品、木材、皮革、紡織品、茶葉、煙草等很多種制品或物料的加熱熔化、干燥、整形、消費(fèi)、固化等不同的加工要求。 遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù)是一門(mén)新興科學(xué)，近幾年隨著遠(yuǎn)紅外生產(chǎn)品種和數(shù)量的不斷增多，它的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù)日益引起人們的重視，因此研究遠(yuǎn)紅外輻射材料和應(yīng)用于發(fā)有著廣闊的前景。經(jīng)過(guò)許多 科技工作哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 者的研究 , 先后制造出了比溫度計(jì)靈敏度高的多的紅外探測(cè)器、人造紅外輻射源、精密的紅外光譜分析儀器 —— 紅外光譜儀。 遠(yuǎn)紅外輻射材料的節(jié)能原理為：遠(yuǎn)紅外輻射材料對(duì)其它能量的有效轉(zhuǎn)換和被加熱物質(zhì)的分子振動(dòng)所吸收，而達(dá)到加熱、干燥等目的，它具有節(jié)能、加熱升溫快，無(wú)污染，熱效率高等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于紡織、 印染、機(jī)電、印刷、玻璃退火、食品加工和醫(yī)療保健、民用炊具、取暖設(shè)備等方面，我們所研制的遠(yuǎn)紅外陶瓷輻射材料用在鋁制品的涂層上，其節(jié)時(shí)率達(dá)40%以上，熱利用率增量為 35%左右，節(jié)能率 80%以上，是一種理想的高效節(jié)能材料。只有當(dāng)被加熱物的厚度在紅外光譜測(cè)量厚度時(shí)，遠(yuǎn)紅外的匹配吸收理論才正確。 具體設(shè)計(jì)思路 本課題設(shè)計(jì)通過(guò)熱電偶測(cè)定爐內(nèi)溫度，并用可控硅自動(dòng)控溫，同時(shí)注意符合輻射吸收的定向集中輻射、最佳光譜匹配和最佳綜合效益原則。 紅外節(jié)能原 理 高溫遠(yuǎn)紅外加熱的核心技術(shù)是高溫紅外涂料的研究與應(yīng)用。但由于涂料本身在高溫下輻射率高達(dá) 97%，根據(jù)波爾茲曼四次方定律，即物體表 面熱輻射能力與其絕對(duì)溫度的四次方成正比。穿透燃料里層時(shí)，使里層的燃料分子吸收紅外波而產(chǎn)生能級(jí)躍遷，放出能量，加速燃料的燃燒，改善燃料的燃燒狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能的目的。 總之，各類(lèi)高溫窯爐內(nèi)壁刷涂高溫遠(yuǎn)紅外涂料后，可減少爐壁熱損失，提高爐內(nèi)熱輻射；同時(shí)被加熱物體的熱吸收性能也相應(yīng)得到改善，從而提高了加熱效率，達(dá)到節(jié)能的目的 。 圖 23 輻射器與反射罩位置調(diào)節(jié)圖 由目標(biāo)要求可知，先要在滿(mǎn) 足最佳匹配吸收的條件下來(lái)獲得輻射元件的最佳溫度，其次用微分幾何來(lái)解決測(cè)試面上任意一點(diǎn)的輻照度問(wèn)題。 模型建立 最佳匹配吸收 由于不同物質(zhì)有不同的紅外吸收光譜， 各種涂料的吸收光譜主要是用儀器測(cè)量得到，結(jié)果表明吸收率隨波長(zhǎng)變化而變化；由儀器描繪的吸收曲線(xiàn)極其復(fù)雜，難以用具體的函數(shù)來(lái)表達(dá)，為了解決這個(gè)問(wèn)題我們可以采用曲線(xiàn)擬哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 合或?qū)⑵浜?jiǎn)化成折線(xiàn)，這里我們采用多個(gè)小段的折線(xiàn)代替吸收曲線(xiàn)。 由此給定溫度 T 后就可以得二甲苯的全部波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸收輻射能量： ( 1 )471 ()( ( ) d )ibi iQ y E??? ?????? ?吸 （ 23） 式中 吸Q 表示所吸收的輻射能量。 紅外線(xiàn)加熱器的輻照度計(jì)算 從簡(jiǎn)易模型可知，照射到測(cè)試面上某點(diǎn) ),( 222 zyxP 的紅外線(xiàn)來(lái)自?xún)蓚€(gè)部分：一部分是由輻射元件發(fā)出直接照射到 P 點(diǎn)；另 一部分是由輻射元件發(fā)出經(jīng)反射罩反射后照射到 P 點(diǎn)，因此照射到 P 點(diǎn)的輻照度 (記為 E )是由輻射元件發(fā)出直接照射到 P 點(diǎn)的輻照度 (后稱(chēng)為直輻照度，記為 dE )與輻射元件發(fā)哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 出經(jīng)反射罩反射后照射到 P 點(diǎn)的輻照度 (后稱(chēng)為反射照度，記為 rE )之和，即有， rd EEE ?? 。 (如圖 26) 由假設(shè)可知，定向輻射強(qiáng)度 L 是一常數(shù)，其大小為： L=M/? ， M 是輻射元件表面的輻射強(qiáng)度，因而 （ 25） 式為： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 2c o s c o sddscd MEAl??? ?? ? ? （ 26） 對(duì)此式進(jìn)行微元環(huán)上積分，就得到一個(gè)微元環(huán)對(duì) P 點(diǎn)處的直輻照度，因而有： 2c o s c o sWdscd MEAl??? ?? ? ?? （ 27） 式中 dWE 表示一個(gè)微元環(huán)的直輻照度。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 圖 27 微元環(huán)的直照度 從上圖可以看出，輻射能量大部分是集中在中心區(qū)域；在 Z 方向受到拋物線(xiàn)開(kāi)口的限制，測(cè)試面上的輻射只能在約 (， )范圍內(nèi)有效；在 X 方向離中心較遠(yuǎn)處輻射能量約為 0(約是在 ~)，而最大值約為，遠(yuǎn)大于邊沿地區(qū)，這樣說(shuō)來(lái)兩個(gè)相隔一定距離的微元環(huán)就影響很小，最后將全部的微元環(huán)進(jìn)行疊加，就是一根輻射元件對(duì)測(cè)試面的直輻照度如下頁(yè)圖 28 所示。 反照度的數(shù)學(xué)推導(dǎo) 如圖 29 所示，任取輻射元件表面上某點(diǎn) ),( tttt zyxP ，設(shè)有一束射線(xiàn)沿 )s i ns i n,c o ss i n,( c o s ????? ???a 方向發(fā)射，經(jīng)反射罩反射后沿)s i n, s i nc o s, s i n( c o s 39。39。 對(duì)上式進(jìn)行積分，即得到由加熱管發(fā)射經(jīng)反射罩反射照到 P 點(diǎn)處的反射輻照度，即： 39。 39。如圖 210 所示，首先，由于紅外線(xiàn)輻射遵守光的反射原理，我們可以將測(cè)試面上 P 點(diǎn)處的以 39。dA 處，因而 39。 在給 定一個(gè) ? 值時(shí)， ? ?tttt zyxP , 就是已知的， 1n 為 ? ??? sin,cos,0 ， 2n 為? ?zp2,2,0? ，這樣每照射到 ? ?ssss zyxP , 點(diǎn)就對(duì)應(yīng)著一個(gè) ? ?222 , zyxP ， 由 ? ?????? ? ???? 0, nba nbna 可以得到以下關(guān)系式： ? ? ? ?? ?sstsstsssstxpzyzzzppzyzzzpxxx ????????? ??????????????????? ????????2222222 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 ? ?? ? ? ?? ?? ? ? ?2222222222222222222ssssssstststststszzpzyxxpzypzzzzzpzyxxpzypzzz?????????????????????????????????????????????????????? 式中 2y 為一常數(shù)； 從以上三個(gè)關(guān)系式，給一個(gè) ? ?ssss zyxP , 點(diǎn)，就可以聯(lián)立解出一個(gè) P 點(diǎn)。2 ???? rzzz r ， 2239。2y 和 39。熱元環(huán)的寬度選取 m ， ? ，測(cè)試面距原點(diǎn)的距離為 ，圓環(huán)的圓周上以 ?/ ? 為步長(zhǎng)，圓環(huán)的圓心為 (0， ， 0)，拋物線(xiàn)的開(kāi)口為 200 mm ，深為 100mm ，拋物線(xiàn)的焦點(diǎn)為 ，測(cè)試面上以邊長(zhǎng) 2 m 的正方形中求一個(gè)熱元環(huán)對(duì)各點(diǎn)的反射輻照度 (如圖 212)。圖中顯示，在測(cè)試面上熱管軸線(xiàn)方向的輻射是比較均勻的，哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 且能量主要集中在中心區(qū)域，由于拋物線(xiàn)反射罩具有聚集能量的特點(diǎn)，所以與直照度相比，經(jīng)過(guò)反射的能量時(shí)較集中，這樣能量損失也就較小 (因?yàn)槲覀冎焕煤诵膮^(qū)域，邊沿不考慮 )，換句話(huà)說(shuō)，在一定條件下，充分的利用反射罩對(duì)我們的輻射設(shè)計(jì)是有好處的；在垂直熱管軸線(xiàn)方向，仍然不均的現(xiàn)象，從直照度的圖中大約 可知，疊加后可以消弱不均的現(xiàn)象但不能消除。 圖 213 單根熱管的反照度 為了更好的解決測(cè)試面上不均的問(wèn)題，下面我們將直照度和反射照度進(jìn)行疊加，從疊加的結(jié)果來(lái)分析解決的方法 (如圖 214)。 圖 214 單根熱管的總輻照度 以上圖中的情況為例，可能會(huì)產(chǎn)生射差問(wèn)題也可能不會(huì)，就看在所照的對(duì)象傳熱程度，熱在高輻射區(qū)熱量很快傳開(kāi)這就不會(huì)產(chǎn)生射差問(wèn)題，如果傳熱速率很慢，射差問(wèn)題就可能產(chǎn)生。 圖 215 兩根管疊加的總輻照度 優(yōu)化設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)是在理想狀況下設(shè)計(jì)，然而 ，理想情況幾乎達(dá)不到，但是為了保證烘干質(zhì)量和效率，我們需要找出在現(xiàn)有條件所能達(dá)到的最優(yōu)值，也即使輻射熱損失降低到所能滿(mǎn)足的最小值，使到達(dá)測(cè)試面的能量盡可能均勻。 輻射器與走帶機(jī)構(gòu)的連鎖控制 軟基涂層的最大工藝難度是基底耐溫能力差。由于帶基對(duì)溫度的極端敏感性，所以保護(hù)帶基不能依靠溫度的調(diào)節(jié)。電路左邊部分是電源，經(jīng)整流和濾波后的電壓加在晶閘管 1T 和繼電器線(xiàn)圈 KA串聯(lián)的電路上。 2PR 一路阻值小 ，進(jìn)行快速預(yù)充電， 1PR 一路在預(yù)充電的基礎(chǔ)上充到 3C 上電壓上升到等于單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓時(shí)，單結(jié)晶體管導(dǎo)通， 3C 向 4R 放電，在 4R 上形成一個(gè)脈沖電壓，觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，繼電器線(xiàn)圈通電，斷開(kāi)動(dòng)斷觸電，氖指示燈 HL 起燃，延時(shí)結(jié)束。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 第 3章 烘干爐設(shè)計(jì)方案 結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) (1)工藝流程及技術(shù)要求 自裝配線(xiàn)來(lái) —— 加熱 —— 揮發(fā) —— 固化 —— 下線(xiàn) 黏膠帶的寬度 不妨 為 mm1000 ，黏膠帶的行走速度為 min/m5 。無(wú)爐門(mén) (6)通風(fēng) 爐體頂部開(kāi)有 送風(fēng)口，每 2 個(gè)輻射器外套中間設(shè)一組送風(fēng)管 .一組送風(fēng)管為 4 個(gè)內(nèi)徑為 160mm的圓形管送風(fēng)。 （ 3）被加熱物的最佳烘干溫度 由《遠(yuǎn) 紅外輻射加熱技術(shù)》表 217 查知絕緣漆的最佳加熱溫度為 150— 170 0C，選取 T2=160 0C。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 各個(gè)輻射管的表面負(fù)荷 根據(jù)輻射管在爐膛不同高度上的達(dá)到 3270C，查圖 213，由曲線(xiàn) 1 得出表面 負(fù)荷為 輻射管的單支功率 KWPP 5 0支數(shù) 總1 ??? 總支數(shù)和總功率的驗(yàn)算 52=150（ kw） 烘干爐其他設(shè)計(jì) 輻射涂料的選取 由于本課題采用強(qiáng)輻射而忽略對(duì)流因素，故溫度要求較高，而以烘烤汽車(chē)為例，經(jīng)選擇優(yōu)化，需要熱慣性小，減少升溫時(shí)間和防止停車(chē)后產(chǎn)生的烘焦問(wèn)題，最后采取石英管作為輻射管，而涂料不記。其一是爐膛空間的溫度（左右各兩支），其二是輻射對(duì)于烘干爐，當(dāng)可燃?xì)怏w集中揮發(fā)時(shí)，必須迅速用風(fēng)機(jī)抽出氣體以保證安全，抽出氣體進(jìn)入催化燃燒 裝置，從催化裝置出來(lái)的氣體再送入爐膛，以減少能量損失。 為提高加熱效率，盡量減少爐體熱損失設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的以下幾點(diǎn)： （ 1） 按定向集中的原則設(shè)計(jì)，盡量避免由爐內(nèi)壁向外散熱； （ 2） 加強(qiáng)爐壁的反射； （ 3） 提 高爐墻的熱阻，減輕爐墻的自重，采用高溫絕熱材料保溫，主要原因是價(jià)格便宜，重量輕； （ 4） 烘干爐的鐵板外殼導(dǎo)熱快，散熱好，因降低烘干爐外表面的溫度； （ 5） 盡量減少爐體尺寸和總重，以減少自身蓄熱和散熱面積。由于輻射器 不是單一的點(diǎn)光源，哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 為了獲得