【正文】 ording 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。本論文解決的主要手段是利用計算機編制程序進行大量的計算得出目標要求的結(jié)果，這里我采用 Matlab 編制程序。 取 得的結(jié)果也可以作為其他遠紅外輻射節(jié)能加熱設計時的參考。 有關紅外技術的研究 ，在分析當前紅外輻射吸收設計理論和應用的基礎上，提出了最佳的匹配吸收設計方案 [1]。 基于直照度的模型。 本 論文的設計重點是輻射場的優(yōu)化。哈爾濱理工大學學士學位論文 I YHL150— 14— G 拱形軟基節(jié)能遠紅外烘干爐輻射場及結(jié)構(gòu)設計 摘 要 這篇論文以節(jié)能優(yōu)化為目的采用拋物面反射的遠紅外輻射裝置進行系統(tǒng)的分析得出最佳的結(jié)果，并且也對測試面的吸收特點進行處理分析，通過大量的數(shù)據(jù)分析計算出測試面所需的最佳溫度以及對應的最佳匹配度。 本次設計的內(nèi)容就是利用遠紅外輻射加熱根據(jù)對象不同的干燥加熱而設計的拱形軟基爐。 空間溫度分布不均是影響輻射效率以及效果的重要因素，因此 在論文中首先建立了直照度的模型并對微元環(huán)進行了直照度分析；其次，根據(jù)直照度的分析模型 建立反射照度模型。 最后，對比分析直照度、反射照度各自的影響因素 并對他們綜合因素 的影響得出有用結(jié)論。 對于工程背景，比較了軟基涂層熱風干燥與紅外線干燥的特點，分析了紅外干燥優(yōu)點和難點以及必須解決的問題，研究確定了符合最佳匹配的元件表面溫度；進行了滿足輻射場要求的輻射器的科學布置，設計了簡單低廉的溫度控制以及帶基保護的機、熱連鎖結(jié)構(gòu)和參數(shù)，取得了節(jié)能、提高生產(chǎn)率和提高產(chǎn)品質(zhì)量的多重效果 [1]。 本 論文還對整個模型進行了結(jié)果分析和一些必要的討論，得出了一些有用的結(jié)論對用于實際生產(chǎn)是很有幫助的。論文主要作出模型的可視化以更形象的表達主要思路。 Secondly, according to the analysis model of direct illumination reflected illumination model is set up. Based on the model of direct illumination. Finally, the parative analysis of direct illumination, reflection intensity of illumination each influence factors and prehensive factors to them draw useful conclusions. Studies of infrared technology, based on the analysis of the current design theory and application of infrared radiation absorption, on the basis of proposed the best matching absorption design[1]. Coating for engineering background, pares the soft foundation of hot air drying and infrared drying characteristics, analyses the advantages and difficulties of infrared drying and must solve the problem, research determines the optimum matching ponents conform to the surface temperature。其次， 它是重點推廣的一項節(jié)能技術。因此， 此項及時在利用的過程中，我們要按照“因材施用”的原則，根據(jù)被加熱物的 實際 要求來選擇合適的輻射元件， 合適的 輻射涂層材料， 以及要注意 改善加熱體的表面狀況。 根據(jù)實際調(diào)查我們可知道， 用它代替電加熱 ，一般可節(jié)電 30%左右， 在有些 場合甚至可達 60%～ 70%。 在早期應用中， 用紅外燈泡作為輻射源，由于受到種種限制，只能作為近紅外能輻射源，再后來，日本科學家研究出來氧化鎂管和碳化硅板，紅外加熱效果得到比較明顯的提高。在一些場合，這項技術與硅酸鋁耐火纖維保溫材料同爐應用的效果甚佳。 隨著工業(yè)和科學技術的高度發(fā)展 , 能源的供需矛盾日益加深。日本在 1964年開始研制遠紅外輻射元件 ,70年代初已廣泛應用于生產(chǎn) , 從此遠紅外加熱技術迅速發(fā)展成為一個新興領域 , 由于其明顯的節(jié)能效果 , 越來越多的國家重視這一技術的發(fā)展和應用。目前探測器的靈敏度可以比普通的水銀溫度計高 1萬倍 。 紅外光譜儀分解光譜的性能也比牛頓分光法高出 1千倍 [1]。 在我國， 遠紅外加熱技術的應用，從 碳化硅、金屬管、電阻帶、陶瓷、半導體、搪瓷等元件到 80石英管、鍍金石英管、微晶玻璃燈等元件 , 哈 爾濱理工大學學士學位論文 2 再 到目前的遠紅外定向強輻射器 ，中國的遠紅外加熱科技在中國科學家的努力下，經(jīng)過了三個階段的發(fā)展已經(jīng)逐漸成熟，而且遠紅外元件 電能輻射轉(zhuǎn)換效率由 從前的 40～ 50%提高到 78%以上， 烘道、烘箱由密閉、保溫型發(fā)展到開放型。 遠紅外加熱理論：發(fā)熱體的輻射光譜與吸收體的吸收光譜曲線相匹配時，熱效率最高。 本課題是設計 YHL15014G 烘干爐。 由于強輻射、通過速度快，所以本課題要求所設計的遠紅外烘干爐要求工件所處的溫度場很均勻。在設計中，可調(diào)節(jié)最佳輻射距離。由于本部分計算量特別大而且復雜，在本設計中有很大的比例，需要計算內(nèi)容也很大。其節(jié)能機理簡單地說有如下三點： (1)熱傳遞的基本 方式 ，即 傳導、對流、輻射。當爐窯耐火磚內(nèi)表面涂上該涂料后，該涂料涂層與原耐火磚相比，從 ～ 上升到 ，這時爐內(nèi)表面吸熱量大大增加。隨著溫度的升高，爐內(nèi)表面熱輻射能力即以四次方的數(shù)值躍增，從而使爐堂內(nèi)的熱效率顯著提高 ，達到節(jié)能的目的。 (2)高溫遠紅外涂料由強輻射材料組成，高溫下輻射遠紅外波，這些紅外波的穿透能力極強，能穿透被加熱物體和燃料本身，使被加熱物體里外層同時受熱。 (3)由于爐堂內(nèi)壁涂了遠紅外涂料后，涂層表面溫度顯著增加，但它本身的吸收熱量很少，只有耐火磚的 1/10，大部分熱量被它輻射回來，使爐內(nèi)溫度明顯提高。由于輻射作用，爐內(nèi)熱風產(chǎn)生循環(huán)，冷空氣產(chǎn)生逆流，哈 爾濱理工大學學士學位論文 3 其煙氣在爐內(nèi)停留時間增加，產(chǎn)生二次燃燒，排煙溫度降低，熱損失減少，從而提高了熱效率。 哈 爾濱理工大學學士學位論文 4 第 2章 輻照度 問題重述及討論 如圖 21 所示，計算管狀輻射元件安置在拋物面型反射罩中對測試面上任意一點的輻照度，其中拋物面開口寬度為 D ，深度為 h ，管狀輻射元件長為 L2 ，測試面為曲面，半徑為 R，輻射元件半徑為 r （如圖 22）。本論文中取 200mmD? ， 100mmh? ， ? ， 10mmr? ，測試面垂直 y 軸且到坐標平面距離為 mm400 ，測試面上的涂料為二甲苯溶劑。很顯然，用全部拋物面和輻射元件來推導對整個測試面 的輻照度是相當復雜的，因為整個反射面不能用一個具體的函數(shù)來表達且 y 和 y0 的調(diào)節(jié)使得它們不斷變化，因此我們從拋物面群中取出一個拋物面，再在輻射元件上取一個微元環(huán)，建立微元環(huán)對測試面輻射的幾何模型，最后進行疊加就可以了。 符號說明 D 表示拋物面的開口寬度； h 表示拋物面的深度； L2 表示輻射元件的長度； r 表示輻射元件的半徑； y 表示兩輻射元件之間的距離； 哈 爾濱理工大學學士學位論文 6 y0 表示輻射元件軸心距拋物面頂點的距離； ? 表示吸收物質(zhì)的波長； k 表示涂料的光譜吸收率； e 表示自然對數(shù)的底； 吸Q 表示所吸收的輻射能量； ?bE 表示光譜輻射力， 3Wm ； T 表示黑體的熱力學溫度， K ； bE 表示溫度為 T 的物體的黑體輻射力； dE 表示輻射元件的直輻照度； rE 表示輻 射元件的反射照度； dWE 表示一個微元環(huán)的直輻照度； d 表示輻射元件上一點到測試面上一點的距離； WEr 表示一點對測試面上一點的反射照度。對于二甲苯我們?nèi)?47 個點如下頁表 21 所示。 圖 24 二 甲苯的吸收光譜曲線 對于任意一段折線我們建立這一段的方程： ( 1 ) ( ) ( ( 1 ) ( ) ) ( )()( 1 ) ( ) ( 1 ) ( )y i y i y i y i iy y ii i i i ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? （ 21） 有量子力學理論得到的普朗克定律： 1)(512 ??? ?Tcb ecE??? （ 22） 式中： ?bE 表示光譜輻射力，3Wm； ? 表示波長， m ； T表示黑體的熱力學溫度， K ； e 表示自然對數(shù)的底； 1c 表示第一輻射常量，其值為 16 10 W m???； 2c 表示第二輻射常量，其值為 10 m K???。 從而，相對匹配度為： bEQp 吸? （ 24） 式中 bE 表示溫度為 T 的物體的黑體輻射力， 4ETb ??? ， 824W5 .6 7 1 0 ( m K )? ???。到這里我們得到了所需的最佳溫度， 下面將進行測試面上均勻度分析。 管狀輻射元件是一柱面輻射源，柱面的大小與拋物面相比不能看作無限小，因而不能將其看作點光源；由于反射罩的存在，也不能將其看作線輻射源。 哈 爾濱理工大學學士學位論文 9 直照度的數(shù)學推導 在輻射元件上任意取一點 ),( tttt zyxP ，在 tP 附近取一小微元 dA ，則由蘭貝特定律和輻射定律可知，在測試面上 P 點處的直輻照度為： 圖 26 直照度 dAlLdE csd ???? 2 c osc os ?? （ 25） 式中 L 是輻射元件表面 tP 處的定向輻射強度， l 是 tP ， P 兩點之間的距離， s? 為 tP 處輻射元件表面外法線與 PPt 所成的夾角， c? 為測試面上 P 點處法線與 PPt 所成的夾角。 由我們的假設，上式可以簡化為： ???????? ?? dd zyzyrMWE rrrrd ??????????? ? ?? 4 )sincos()sincos(10 10 式中： ?cos02 ???? ryyy r ， ?sin02 ???? rzzz r ， 222d rrr xzy ??? ，02020 arct an yy zz ???? ， 哈 爾濱理工大學學士學位論文 10 2022021 )()(arc cos yyzzr????? )/arcsin( 2 Rz?? ? 為測試面點 P 處的法線與 y 軸夾角， R 為測試屏半徑。熱元環(huán)的寬度選取 ， ? ，測試面距原點的距離為 ，圓環(huán)的圓周上以 ?/ ? 為步長， 圓環(huán)的圓心為 (0， 0)，拋物線的開口為 200mm ，深為 100mm ，測試面上以邊長 2m 的正方形中求一個熱元環(huán)對各點的直輻照度如下頁圖 27 所示。 哈 爾濱理工大學學士學位論文 11 圖 28 單根熱元件的直輻照度 正如分析所說，疊加的結(jié)果是相當令人滿意的。因此在做微元環(huán)對測試面的輻照度時，僅考慮正對面的 1m 的長形區(qū)域就滿足了。39。39。 ????? ???b 方向照射到測試面上某點 ),( 222 zyxP ，假設由 tP 點沿 a 以 ?d 立體角發(fā)射的射線經(jīng)反射罩反射后照射到測試面 P 點附近微元 ds 上，則由輻射定律和蘭貝特定律可知，由 tP 處微元 dA 沿 a 照射到 ds 上的輻射功率為： 2d d d c o s sp L A ?? ? ? ? ? 哈 爾濱理工大學學士學位論文 12 圖 29 反射輻照度模 型 式中 L 表示 tP 點處的定向輻射強度， s? 為輻射元件表面 tP 處外法線與 向量 a 所成的夾角。 由輻照度定義可知， tP 點處沿 a 經(jīng)反射罩反射照到 P 處的反射輻照度為： 222c os dMd( , ) ( , ) (