تابش سطح صفحه گرمایش چگونه بر انتقال حرارت تشعشع به قطعه کار تأثیر می گذارد؟

هنگامی که یک صفحه حرارتی مستقیماً روی یک ماده فشار می‌آورد، انتقال حرارت رسانا بر فرآیند غالب است. با این حال، در کاربردهایی که صفحه روی یک لایه پلیمری ظریف، بستر پوشش داده شده، شبکه نساجی{1}}یا لایه الکترونیکی حساس به دما شناور است، تابش مادون قرمز به روش اصلی انتقال گرما تبدیل می‌شود. در این سیستم‌های غیرتماسی، رنگ، بافت و پوشش سطحی از جزئیات آرایشی نیستند. تابش سطحی تعیین می کند که چگونه انرژی گرمایی به طور موثر در سراسر شکاف هوا به سمت قطعه کار تابش می شود.

درک رابطه بینانتقال حرارت تشعشع صفحه گرمایش نشربرای بهینه سازی یکنواختی گرمایش، بهره وری انرژی و پایداری فرآیند در سیستم های حرارتی تابشی ضروری است.

انتشار چیست؟

اندازه گیری توانایی تشعشعی

تابش یک ویژگی بدون بعد است که نشان می دهد یک سطح چقدر در مقایسه با یک جسم سیاه ایده آل تابش گرمایی ساطع می کند.

مقیاس انتشار بین:

0 کمتر یا مساوی ε کمتر یا مساوی 10 \\leq \\varepsilon \\leq 10 کمتر یا مساوی ε کمتر یا مساوی 1

کجا:

ε=0 نشان دهنده یک بازتابنده کامل است که هیچ تشعشع حرارتی از خود ساطع نمی کند

ε=1 یک جسم سیاه ایده آل را نشان می دهد که حداکثر انرژی ممکن را ساطع می کند

در عمل، تمام مواد مهندسی در جایی بین این دو حد قرار می گیرند.

سطحی با تابش بالا به طور موثر تشعشع مادون قرمز را ساطع می کند، در حالی که سطح انتشار کم{0}به جای تابش آن به بیرون، تمایل دارد انرژی گرمایی را منعکس کند.

پوشش سطح و تشعشع حرارتی

چرا فلزات صیقلی بد تابش می کنند؟

یک صفحه فلزی صیقلی ممکن است از نظر بصری جذاب به نظر برسد، اما اغلب در کاربردهای گرمایش تابشی ضعیف عمل می کند.

فلزات براق مانند آلومینیوم صیقلی یا فولاد ضد زنگ معمولاً مقادیر انتشار را در اطراف نشان می دهند:

ε≈0.1\\varepsilon \\تقریباً 0.1ε≈0.1

در این مقدار کم، بیشتر انرژی حرارتی به جای اینکه به سمت قطعه کار ساطع شود، به سمت خود صفحه بازتاب می شود.

نتیجه این است:

کاهش راندمان گرمایش تابشی

توزیع حرارتی نابرابر

دمای صفحه مورد نیاز بالاتر

افزایش تنش حرارتی در سیستم گرمایشی

یک سطح صیقلی بیشتر شبیه یک آینه حرارتی عمل می کند تا یک قطره چکان حرارتی.

پوشش-با قابلیت انتشار بالا

تبدیل صفحه به رادیاتور کارآمد

سطوح تیره، بافت دار یا با پوشش خاص به طور چشمگیری عملکرد تابشی را بهبود می بخشد.

درمان‌های متداول با انتشار{0}بالا عبارتند از:

آلومینیوم آنودایز شده مشکی-

پوشش های حرارتی سرامیکی

رنگ‌های مات-درجه حرارت بالا

سطوح فلزی اکسید شده یا زبر

این پرداخت‌ها می‌توانند به مقادیر انتشار بالا دست پیدا کنند:

ε>0.9\varepsilon > 0.9ε>0.9

در این سطح، سطح تقریباً به اندازه یک جسم سیاه ایده آل گرما را ساطع می کند.

یک سطح انتشار{0}بالا یک بلندگوی حرارتی است که انرژی مادون قرمز را به طور تهاجمی در فضای اطراف پخش می کند.

چرا انتقال حرارت تشعشعی به طور چشمگیری تغییر می کند؟

چهارمین-رابطه دمای نیرو

انتقال حرارت تشعشعی به شدت به دمای مطلق بستگی دارد.

رابطه استفان – بولتزمن نشان می دهد که مقیاس های تابش حرارتی ساطع شده با توان چهارم دما:

q∝εT4q \\propto \\varepsilon T^4q∝εT4

این بدان معنی است که حتی افزایش متوسط ​​دما می تواند افزایش بسیار زیادی در انرژی تابشی ایجاد کند.

در دمای صفحه بالا، انتشار بسیار مهم است زیرا:

سطح انتشار{0}بالا گرمای قابل توجهی بیشتری ساطع می کند

انتقال انرژی یکنواخت تر می شود

دمای عملیاتی پایین تر ممکن است به همان نتیجه فرآیند برسد

مقدار تابش مستقیماً خروجی تابش را چند برابر می کند.

مزایای فرآیندهای گرمایش غیر تماسی{{0}

یکنواختی گرمایش بهبود یافته

در کاربردهای گرمایش تابشی، قطعه کار ممکن است هرگز به صورت فیزیکی به صفحه برخورد نکند.

نمونه های معمولی عبارتند از:

سیستم های خشک کردن فیلم

خطوط گرمایش نساجی

ایستگاه های پیش گرمایش مادون قرمز

سیستم های پخت کامپوزیت

پردازش ویفر نیمه هادی

تحت این شرایط، عملکرد تابشی به عامل حرارتی غالب تبدیل می شود.

یک صفحه-گسترش بالا بهبود می‌بخشد:

یکنواختی دما

قوام نفوذ گرما

تکرارپذیری فرآیند

بهره وری انرژی

در عمل، یک صفحه با پوشش مناسب می تواند نقاط سردی را که اغلب در سطوح فلزی بازتابنده ایجاد می شود، از بین ببرد.

دمای عملیاتی پایین تر

کاهش استرس حرارتی

از آنجایی که سطح گسیل‌پذیری{0} بالا با کارایی بیشتری تابش می‌کند، ممکن است همان اثر گرمایشی در دمای صفحه پایین‌تر حاصل شود.

این چندین مزیت عملیاتی ایجاد می کند:

تقاضای برق بخاری کمتر

کاهش تنش انبساط حرارتی

طول عمر صفحه بیشتر

نرخ اکسیداسیون پایین تر

ایمنی اپراتور بهبود یافته است

این پوشش به طور موثر اثر تابشی صفحه را بدون افزایش مصرف برق تقویت می کند.

ملاحظات انتخاب پوشش

دوام و پایداری

اگرچه پوشش‌های انتشار{0} بالا عملکرد حرارتی را بهبود می‌بخشند، پوشش باید در شرایط عملیاتی پایدار بماند.

ملاحظات مهم طراحی عبارتند از:

حداکثر دمای عملیاتی

مقاومت در برابر سایش

قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی

قدرت چسبندگی

پایداری انتشار بلند مدت-

برخی از پوشش ها در صورت قرار گرفتن در معرض آلودگی، اکسیداسیون یا چرخه حرارتی مکرر به تدریج قابلیت انتشار خود را از دست می دهند.

تمیزی سطح نیز اهمیت قابل توجهی دارد زیرا روغن ها یا باقیمانده ها می توانند رفتار تشعشعی را تغییر دهند.

انتشار و کنترل فرآیند

تنظیم حرارتی از طریق مهندسی سطح

انتخاب پوشش سطح به طور موثر شخصیت تابشی صفحه را تنظیم می کند.

با انتخاب یک سطح انتشار خاص، مهندسان می توانند کنترل کنند:

شدت گرمایش

بهره وری انرژی

زمان پاسخگویی

یکنواختی حرارتی

شرایط دمایی سطح

در سیستم‌های حرارتی پیشرفته، گسیل‌پذیری به‌طور فزاینده‌ای به‌عنوان یک پارامتر مهندسی عملکردی به‌جای یک ویژگی سطحی صرفاً آرایشی در نظر گرفته می‌شود.

نتیجه گیری

گسیل سطح صفحه گرمایش تأثیر عمده ای بر عملکرد انتقال حرارت تابشی در فرآیندهای حرارتی غیر تماسی دارد. فلزات صیقلی با انتشار کم، بیشتر انرژی حرارتی خود را در داخل منعکس می کنند، در حالی که سطوح تیره، زبر یا پوشش داده شده، گرما را بسیار موثرتر به سمت قطعه کار تابش می کنند.

پوشش‌های با انتشار بالا مانند آنودایز سیاه یا پوشش‌های حرارتی سرامیکی می‌توانند به طور چشمگیری یکنواختی گرمایش را بهبود بخشند، دمای عملیاتی مورد نیاز را کاهش دهند و کارایی انرژی را افزایش دهند. از آنجایی که مقیاس‌های انتقال حرارت تابشی با توان چهارم دمای مطلق، تأثیر گسیل‌پذیری در دماهای فرآیند بالا بیشتر می‌شود.

در سیستم‌های گرمایش تابشی، رنگ و بافت صفحه به‌عنوان کنترل‌کننده‌های حرارتی فعال عمل می‌کند تا پوشش‌های تزئینی. بنابراین مهندسی سطح به یک مشخصات حرارتی حیاتی تبدیل می‌شود و نحوه حرکت موثر گرما در فضای خالی از صفحه به محصول زیر را شکل می‌دهد.