【正文】 ?? 0, nba nbna 式中 ? ?00 sin,co s,0 ???n 是 tP 沿 a 發(fā)射的紅外輻射線照到反 射罩上點(diǎn) ? ?ssss zyxP , 處反射罩表面的單位法矢量。 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： 哈 爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 39。 同樣，由我們的假設(shè)上式可以寫(xiě)成： 2d d d c o s sMpA ??? ? ? ? ?， 式中 M 是輻射元件表面的輻射強(qiáng)度。39。39。 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)有一束射線沿)sinsin,cossin,(cos ????? ???a 方 向 發(fā) 射 ， 經(jīng) 反 射 罩 反 射 后 沿)sin,sincos,sin(cos 39。他們的誤差也可以忽略不計(jì)，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中從 X 方向來(lái)說(shuō)，利用 1m 范圍內(nèi)，也就是說(shuō)邊沿地區(qū)不是利用的 主要區(qū)。 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。 由 最佳匹配度吸收原則可知，測(cè)試面上的最佳溫度為 426K ，因而我們?cè)O(shè)計(jì)的輻射器溫度應(yīng)在 400— 450C0 ，在這里我們暫取選取 700K 。 (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： 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。因此我們將熱源件表面先分割成多個(gè)小微元環(huán) dL ，在將一個(gè)環(huán)分割成一些小微元面 dA ，可將 dA 近似看作一個(gè)點(diǎn)輻射源，計(jì)算出 dA 對(duì) P 點(diǎn)的輻照度，然后對(duì)整個(gè)圓環(huán)進(jìn)行積分，最后將全部的微元環(huán)進(jìn)行疊加，這樣就得到了整個(gè)測(cè)試面上的輻照度，當(dāng)然 P 點(diǎn)的輻照度也就知道了。 紅外線加熱器的輻照度計(jì)算 從簡(jiǎn)易模型可知，照射到測(cè)試面上某點(diǎn) ),( 222 zyxP 的紅外線來(lái)自兩個(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 (后稱為直輻照度，記為 dE )與輻射元件發(fā)出經(jīng)反射罩反射后照射到 P 點(diǎn)的輻照度 (后稱為反射照度，記為 rE )之和，即有， rd EEE ?? 。 對(duì)上的推導(dǎo)我們可以對(duì)不同的溫 度求出相應(yīng)的匹配度，然后找出最佳匹配度，具體做法：將溫度 T 賦予初值 300K ，以 1K 為步長(zhǎng)逐步增加到 700K ，用計(jì)算機(jī)擬合得到的結(jié)果如圖 25 所示： 圖 25 相對(duì)匹配度曲線 從上圖得到，最佳匹配吸收點(diǎn)是在溫度為 426K 時(shí)獲得，此時(shí)對(duì)應(yīng)的相對(duì)匹配吸收為。 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） 哈 爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 式中 吸Q 表示所吸收的輻射能量。 表 21 二甲苯的吸收光譜 波長(zhǎng) m，? 吸收率 ,%k 8 6 70 60 70 7 12 4 0 波長(zhǎng) m，? 吸收率 ,%k 2 7 2 10 57 20 30 70 60 70 波長(zhǎng) m，? 吸收率 ,%k 30 40 10 5 24 8 20 9 28 10 波長(zhǎng) m，? 10 11 吸收率 39 10 13 5 22 10 28 5 10 50 哈 爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 ,%k 波長(zhǎng) m，? 吸收率 ,%k 30 85 51 79 50 74 30 將上表中的點(diǎn)依次首尾相連得到模擬吸收光譜圖 (如圖 24)，得到吸收光譜后我們就可以選取最適溫度使二甲苯的吸收最大。 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擬合或?qū)⑵浜?jiǎn)化成折線，這里我們采用多個(gè)小段的折線代替吸收曲線。 模型假設(shè) （ 1） 輻射元件為光滑的管狀元件，其表面的輻射度均勻且為理想的朗伯源； （ 2） 只計(jì)算輻射元件產(chǎn)生的輻照度，但被輻射元件本身遮擋的部分不計(jì)，而且有其他處產(chǎn)生的輻照度忽略不計(jì)； （ 3） 反射罩的反射率為 1， y 軸通過(guò)輻射元件的中點(diǎn)，加熱管平行于 x 軸，工作表面垂直于 y 軸； （ 4） 輻射元件只對(duì)測(cè)試面上長(zhǎng)為 m ，寬為 n 的范圍內(nèi)起主要貢獻(xiàn)作用，對(duì)于范圍之外的貢獻(xiàn)可忽略； （ 5） 均勻度比較時(shí)只計(jì)算核心區(qū)域，邊沿處不考慮； （ 6） 拋物面的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于輻射元 件的長(zhǎng)度； （ 7） 本論文中只考慮遠(yuǎn)紅外輻射，對(duì)流不予考慮。 哈 爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 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。目標(biāo)要求在多個(gè)拋物面和輻射元件組合下， 圖 21 紅外輻射簡(jiǎn)易裝置 圖 22 紅外輻射平面示意圖 調(diào)節(jié) y 和 y0(見(jiàn)圖 23)使測(cè)試面上受熱比較均勻；其次選擇最適合的溫度使測(cè)試面的吸收程度最高，即最佳匹配吸收。 總之，各類高溫窯爐內(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 。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的情 況來(lái)看，一般提高 50～ 100OC 。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。由于爐內(nèi)溫度升高，燃料的燃燒更加充分，節(jié)能效果因此 更 顯著。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。當(dāng)爐體溫度在 900OC 以上時(shí)，熱量傳遞給爐膛，熱輻射是對(duì)流的 15 倍，熱量傳遞以輻射為主，約占 90%以上，高溫物體的熱能傳入低溫物體。 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。在處理最佳均勻溫度場(chǎng)時(shí)，在確定最佳輻射溫度的前提下，利用受熱物體任意點(diǎn)處的溫度與輻照度成正比的關(guān)系，通過(guò)比較空間任意點(diǎn)的輻照度，尋找?guī)讉€(gè)點(diǎn)的輻照度中插值最小的輻射器的距離，并進(jìn)行調(diào)節(jié)、比較，尋找最佳輻射器間距，最終達(dá)到輻照度近似均勻一致。 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。它具有這些優(yōu)點(diǎn) ： （ 1）工件通過(guò)速度快；（ 2）強(qiáng)輻射，完全輻射（對(duì)流不記），烘烤均勻，成品效果佳等特點(diǎn)。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。在當(dāng)前我國(guó) 國(guó)慶的基本情況下 , 遠(yuǎn)紅外加熱水平的提高 , 在節(jié)能和提高加熱干燥物質(zhì)量 方面具有十分重要的意義。 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。 利用激光技術(shù)生產(chǎn)的紅外束 , 可使照到樣品上的功率密度比太陽(yáng)能高 1億倍 。經(jīng)過(guò)許多 科技工作 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。日本由于缺乏能源資源 ,對(duì)節(jié)能技術(shù)給予高度的重視。 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。 一般認(rèn)為，對(duì)木材、皮革、油漆等有機(jī)物質(zhì)、高分子物質(zhì)及含水物質(zhì)的加熱干燥，其效果最為顯著。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。 與傳統(tǒng)的蒸汽、熱風(fēng)和電阻等加熱方法相比， 紅外加熱 具有 一下五個(gè)常見(jiàn)特點(diǎn)： 加熱速 度快、新產(chǎn)品質(zhì)量好、設(shè)備占地面積小、 節(jié)能節(jié)約 和加熱效率高 等 優(yōu)點(diǎn)。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。 Made to meet the requirements of the radiation field of the radiator scientific layout, design a simple low temperature control as well as the base to protect machine, hot chain 哈 爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III structure and parameters, the energy saving, increase productivity and improve product quality of multiple effect[1]. The results can also be as other farinfrared radiation heating energysaving design reference. This paper also to the whole model were analyzed the results and some necessary discussions, some useful conclusions are drawn for the actual production are of great help/very helpful. In this paper to solve the main measure is calculated using a puter program for a lot of goals and objectives of a result, here I program based on Matlab. Paper mainly make a model of visualization to more image expression of the main train of thought. Keywords The best match to absorb, Energy saving, Far infrared drying, Uniformity, Radiation field optimization, Soft coating. 目錄 摘 要 ................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................... II 第 1 章 緒論 ................................................................................................... 1 課題背景與機(jī)理 .......................................................................... 1 具體設(shè)計(jì)思路 ..............................................................................