Генераторами инфракрас ных электромагнитных волн являются любые нагретые, обычно твердые тела — точечные, линейные или плоские излучатели. Если температура излучателя Ти не превышает 875 К, то спектр испускания целиком располагается в инфракрасной зоне, а длина волны, соответствующая максимуму излучения, по закону Вина* равна 3,31 мкм. Такие излучатели обеспечивают максимальный энергетический кпд, минимальный расход энергии в расчете на 1 кг испаренной влаги, удобны для сушки тел с большим влагосодержанием. Недостатком их является большая тепловая инерционность, т.е. большое время разогрева и охлаждения. Когда из полуфабрикатов удаляется незначительное количество влаги и теплоэнергетический показатель сушильного устройства не имеет решающего значения, для сокращения продолжительности сушки применяют практически безынерцион ные лампы «для сушки» или кварцевые инфракрасные лампы КИ-200-1000 с температурой нити накала 2500 К. Длина волны максимального излучения lм = 1,15 мкм этих ламп располага ется близ инфракрасной границы видимого спектра. Энергетический кпд их около 70%, поскольку часть энергии расходуется на видимое излучение. Плотность потока излучения в соответствии с законом Стефана — Больцмана ** зависит от абсолютной температуры излучателя, а последняя — от потребляемой мощности Р. Инфракрас ные лучи подчиняются законам геометрической оптики и, в частности, закону облученности и законам отражения. Если излучатель точечный, то средняя облученность тела Еср определяется по формуле (1.44) где aср — средний угол падения энергетического пучка, рад; Rи — расстояние до излучателя, м.
*Длина волны, соответствующая максимуму излучения lм, обратно пропорциональна абсолютной температуре тела Т: lм = С/Т, где С = 2,898Ч10-3 м Ч К — постоянная Вина. **Плотность потока излучения всех длин волн Y (Вт/м2) спектра испускания абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры: Y = sT, где s = 5,67 Ч 10-8 Вт/(м2 Ч К4) — постоянная Стефана — Больцмана. Для линейных и плоских излучателей облученность характеризуется угловым энергетическим коэффициентом kw [см. формулу (1.45)], который учитывает долю использования плотности потока излучения и зависит от соотношения площадей нагреваемого тела и излучателя и расстояния между ними. Чтобы полнее использовать поток излучения, повысить коэффициент kw и выровнять облученность от точечных и линейных излучателей, применяют плоские, цилиндрические, параболические и эллиптические рефлекторы, устанавливаемые за излучателем. Плоские отражатели, дающие расходящийся отраженный пучок, в сушильных устройствах не применяются. Параболические рефлекторы успешно применяются в прожекторах и в фарах автомобилей, дают параллельный отраженный пучок инфракрасных и видимых лучей. Они могут быть эффективно использованы в сушильных устройствах, если полуфабрикаты движутся вдоль оси отражения или перпендикулярно ей, но непрерывным потоком. В сушильно-передающих устройствах СПУ и СПУ-270 поточных линий «Книга» и «Книга-270» применение параболических отражателей для 21 кварцевой инфраксной лампы не дало ощутимого эффекта по двум причинам: 1) полуфабрикаты (сшитые книжные блоки после первичной обработки) двигались перпендикулярно осям ламп и отражателей, при этом суммарная ширина отражателей составляла лишь малую часть пути движения полуфабрикатов; 2) при обработке блоков изданий форматом от 70x90/32 до 84x108/16 использовалось лишь 46-72% прямых лучей от нитей накала кварцевых ламп. Эффективность использования отраженных лучей рефлекторами различной формы может быть определена значением коэффициента использования отраженных лучей kол = a/(2p), где — плоский угол при линейном излучателе, определяющий долю используемых отраженных лучей. Наибольшее значение коэффициента kол у эллиптических рефлекторов, дающих сходящийся отраженный пучок (рис. 1.17). По данным автора, при использовании эллиптических отражателей продолжительность сушки блоков, заклеенных ПВАД, сокращается в 1,6-1,7 раза по сравнению с отражателями других типов. Эллиптические отражатели наиболее эффективны при движении полуфабрикатов вдоль оси излучателя или в момент выстоя полуфабриката перед излучателем при поперечном движении транспортера.
Рис. 1.17. Использование отраженных лучей различными рефлекторами: а — параболическим; б — эллиптическим; в — цилиндрическим Если полуфабрикаты движутся непрерывным потоком в направлении, перпендикулярном оси излучателя, то кратковременный интенсивный нагрев от сфокусированного пучка дает эффект импульсного режима сушки. Чтобы избежать местного перегрева, плоскость движения полуфабрикатов и вторая фокальная плоскость эллипсоида должны быть разнесены на величину Rи в соответствии с определяющим размером В. По разработкам кафедры ТП и ПП МГУП эллиптические отражатели кварцевых ламп могут быть заменены более простыми в изготовлении цилиндрическими. Они могут быть успешно применены в тех случаях, где нет необходимости точной фокусировки отраженных лучей и объект сушки располагается вне плоскости фокусировки изображения излучателя. Инфракрасные лучи поглощаются поверхностью тела, проникая на глубину от 0,1 до 7,0 мм в зависимости от размеров и структуры капилляров, однако максимальная глубина проникновения тепловых лучей в ткани, бумагу и картон не превышает 1,0 мм. Глубина проникновения лучей увеличивается с уменьшением длины волны (с повышением Ти) и с уменьшением влагосодержания тела. Независимо от глубины проникновения лучей поверхность материала в начале процесса сушки прогревается значительно сильнее внутренних слоев. Это вызывает интенсивное испарение влаги с поверхности тела и большой температурный градиент, направленный к поверхности испарения.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Свойства инфракрасных волн» з дисципліни «Технологія брошуровочно-палітурних процесів»
