Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Краткий анализ работ, посвященных инфракрасной сушки 7
Глава 2 Расчет температурного поля инфракрасной нагревательной системы для сушки пищевых продуктов (бесконечная постановка задачи) 27
Глава 3 Влияние конструктивных параметров объекта сушки, излучателей и отражательного экрана на температурное поле инфракрасной нагревательной системы 43
Главав 4 Расчет температурного поля инфракрасной нагревательной системы в зависимости от геометрии компоновки ИКИ (трехмерная задача) 83
Глава 5 Экспериментальная часть 95
Заключение 113
Список используемой литературы 116
Приложения 122
- Краткий анализ работ, посвященных инфракрасной сушки
- Расчет температурного поля инфракрасной нагревательной системы для сушки пищевых продуктов (бесконечная постановка задачи)
- Влияние конструктивных параметров объекта сушки, излучателей и отражательного экрана на температурное поле инфракрасной нагревательной системы
- Расчет температурного поля инфракрасной нагревательной системы в зависимости от геометрии компоновки ИКИ (трехмерная задача)
Введение к работе
В настоящее время одной из основных задач, стоящих перед перерабатывающими отраслями агропромышленного комплекса, является усовершенствование интенсификации технологических процессов сушки различных продуктов, с целью сокращения продолжительности цикла изготовления продукта, улучшения его качества, повышения производительности труда и достижения наиболее рационального использования материала и энергетических ресурсов. Изыскание новых способов сушки и разработки конструкций аппаратов, для тепловой обработки, необходимо вести с учетом возможности интенсификации обработки и на этой основе обеспечить как повышения качества выпускаемой продукции, так и экономию энергетических затрат на изготовление единицы продукции. К примеру, изменение градиента температуры в материале является важной характеристикой процесса сушки капиллярно-пористых материалов.
За последние годы как у нас в России, так и за границей в различных отраслях промышленности большое развитие получила тепловая обработка материалов инфракрасными излучателями (ИКИ). Применение инфракрасного излучения значительно интенсифицируют многие технологические процессы: сушку, выпечку, обжарку, полимеризацию и др., вследствие значительного увеличения плотности теплового потока на поверхности облучаемого материала (объекта нагрева) и проникновения инфракрасных лучей внутрь материала.
Способ обработки инфракрасными лучами применяется для поверхностной сушки лакокрасочных металлических и деревянных покрытий, а также при сушке в тонком слое сыпучих веществ или тонких бумажных, или текстильных и других материалов и пищевых продуктов. Лучистая тепловая энергия применяется также в тех случаях, где требуется удалить только поверхностную влагу или переместить ее внутрь изделия, например при сушке литейных форм.
При тепловой обработке инфракрасными лучами указанных материалов интенсивность испарения влаги по сравнению с конвективной или контактной сушкой увеличивается в десятки раз. Это объясняется тем, что количество тепла, которое можно передать материалу при радиационной обработке, значительно больше чем при конвекции. Однако в настоящее время отсутствует обобщение практических результатов и основных теоретических положений этого способа сушки.
Вопросам исследования сушки материалов с помощью РІКИ посвящено значительное число работ, в которых подробно описываются конструкции и излагаются приближенные методы расчета нагревательных систем РЖИ.
Приближенным методом расчета инфракрасных нагревательных систем является метод расчета теплообмена между серыми телами в диатермичной (прозрачной) среде. Основные расчеты температурного поля в указанных системах выполняются с привлечением громоздких интегро-дифференциальных уравнений, решение которых становится возможным только для некоторых частных случаев и то в результате допущений, приближений, часто снижающих практическую ценность решений. Более того, существенным недостатком приближенных расчетов является отсутствие аналитической связи между функциями температур и эффективных потоков с оптическими свойствами и с параметрами взаимного расположения элементов конструкции системы. Такая связь обычно выявляется при использовании приближенных расчетов симметричных или бесконечно протяженных континуальных систем, где температура, угловые коэффициенты, степени черноты задаются в параметрическом виде. Но, если для континуальных бесконечно протяженных или симметричных схем такой подход являются естественным, то для дискретных он не всегда допускается и во многих случаях приводит к существенным погрешностям.
В связи с этим поиски достаточно простых и надежных методов расчета температурного поля инфракрасных нагревательных систем с дискретно
расположенными излучателями, свободных от указанных недостатков, представляется актуальными.
Цель настоящей работы является в разработке эффективной методики расчета температурного поля ИКИ и подбора режима радиационной сушки различных материалов, в частности, пищевых и сельскохозяйственных продуктов, и в экспериментальной проверке теоретических результатов и принятых в работе упрощающих предположений и допущений.
Для этой цели в работе проводится исследование теплового поля инфракрасных нагревательных систем с дискретно расположенными малоинерционными инфракрасными излучателями. Теоретическое исследование сложного теплообмена в системе ИКИ выполнено на основе вычислений локальных значений коэффициентов взаимного излучения с привлечением метода последовательного приближении для искомых функций эффективного излучения, определяющими уравнениями которых является система интегральных уравнений Фредгольма второго рода относительно функций эффективного излучения.
Уравнения получены при следующих предположениях: теплообмен происходит между серыми телами; распределения собственного излучения по направлениям подчиняется закону Ламберта; радиационные свойства поверхностей не зависят от частоты излучения; средняя поверхность расположения ИКИ является полупрозрачным энергетическим экраном с коэффициентом затенения, равным отношению поперечного размера излучателя к шагу расположения излучателей.
Все полученные в работе решения имеют замкнутый алгоритм, на основе которого разработана и отлажена комплексная программа расчета на ЭВМ. Охватывают довольно широкий класс двумерных и трехмерных задач расчета теплообмена между произвольно ориентированными друг к другу элементами конструкций теплообменных аппаратов с ИКИ, применяемых в различных отраслях промышленности и в научно-исследовательских лабораториях. Проведено сравнение результата счета с результатом решения аналогичной
задачи другими исследователями, где рассматривается теплообмен между двумя параллельными поверхностями в симметричной системе с бесконечной протяженностью в третьем направлении.
Сравнение показало, что искомая функция эффективного потока излучения по всей области ее изменения с точностью третьего порядка совпадает с решением вариационным методом. Составлена программа расчета на ЭВМ системы линейных и нелинейных интегральных уравнений с применением метода итерации.
Результаты работы могут быть использованы в процессах разработки и эксплуатации малоинерционных инфракрасных нагревательных устройств, предназначенных для термической обработки как пищевых, так и других изделий (лакокрасочных покрытий, кожи, ткани, систем отопления и т.д.) и испытаний элементов конструкций при тепловом ударе.
На защиту выносятся:
-результаты исследования температурного поля инфракрасной нагревательной системы с дискретно расположенными излучателями.
- методика расчета лучистого теплообмена в системе с ИКИ.
- программа численного решения на ЭВМ системы интегральных
уравнений Фредгольма второго рода.
- влияние конструктивных параметров объекта сушки, излучателей и
отражательного экрана на температурное поле инфракрасной нагревательной
системы.
-влияние свободной конвекции на температурное поле системы с ИКИ.
-скорость нагрева и удаления влаги в материале в виде односторонне теплоизолированной пластины с помощью малоинерционных инфракрасных излучателей.
-технология сушки абрикоса с осциллирующим подводом лучистой энергии в области инфракрасного излучения.
-результаты сравнения теоретических и экспериментальных исследований температурного поля нагревательной системы с инфракрасными излучателями.
Краткий анализ работ, посвященных инфракрасной сушки
Современное состояние техники сушки пищевых и сельскохозяйственных продуктов характеризуется использованием периодически работающих сушилок, большой производительности. В частности, необходимо отметить разнообразие используемых систем сушки, начиная от традиционных естественных сушилок на проветриваемых площадках, включая вертикальные сушилки и кончая непрерывно действующими ленточными сушилками.
Большинство авторов придерживается единого мнения в том, что процесс сушки сельскохозяйственных и пищевых капиллярно-пористых продуктов в основном протекает на участке снижающейся скорости сушки, т.е. в тот период, когда убыль влажности непропорциональна времени. Участок возрастающей скорости сушки (начальный интервал, в котором продукт нагревается неупорядоченно [21], т.е. продукт сушки приспосабливается к новым условиям теплового равновесия), и последующий участок постоянной скорости сушки (когда преобладает поверхностное испарение и убыль влажности прямо пропорциональна времени) в процессе сушки могут не приниматься во внимание. На участке снижающей скорости испарения наблюдается два процесса: а) перемещение влажности внутри вещества в направлении к поверхности, в) устранение влажности с поверхности вещества.
При сушке удаляется влага, связанная механически и физико — химически согласно схеме, предложенной акад. П. А. Ребиндером [32]. Химически связанная влага обычно не удаляется, так как это ведет к разрушению материала, а задачей сушки является сохранение всех его физико - химических свойств и качеств.
Основы науки о сушке материалов в нашей стране были разработаны значительно раньше, чем за границей [21,53]. Решение проблем сушки и обезвоживания материалов всегда занимало умы Д.И. Менделеева, Р.Э Классона, В.Е Грум-Гржимайло, П.С. Коссовича, А.В.Лыкова, П.Д. Лебедева, А.С., Гинзбурга, Л.М. Левина, Ю. М. Плаксина и др. В простейшем виде процесс сушки осуществляется таким образом, что сушильный агент, нагретый до предельно допустимой для высушиваемого материала температуры, используется в сушильном аппарате однократно. Для сушки материалов, требующих повышенной влажности сушильного агента и невысоких температур (например, сельскохозяйственных и пищевых продуктов), удаляемая из материала жидкость является ценным продуктом ( спирты, эфиры, углеводороды и др.)
По способу сообщения тепла различают конвективные, контактные, терморадиационные [10,31], сублимационные и высокочастотные сушилки [10,32,39,58]. Терморадиационная сушка основана на использование свойств инфракрасного излучения, безвредного для окружающей среды и человека [39]. Инфракрасное излучение определенной длины волны активно поглощается водой, содержащейся в продукте, но не поглощается тканью продукта, поэтому удаление влаги возможно при невысокой температуре (40-60 С0) [30], что позволяет практически полностью сохранить витамины, биологически активные вещества, естественный цвет и аромат. Необходимое излучение формируется с помощью ИКИ. Высокая плотность инфракрасного излучения (порядка 60-70 кВт/м [68]) активно уничтожает микрофлору в продукте, благодаря чему он может храниться длительное время без ухудшения качества. Такие сушилки, надежны, бесшумны, гигиеничны и просты в обслуживании, имеют все необходимые сертификаты.
Высокое качество вырабатываемого продукта и особенность обезвоживания по указанной выше технологии инфракрасной сушке позволяет сохранить содержание витаминов и других биологически активных веществ в сухом продукте на уровне 80-90% от исходного сырья. При непродолжительном замачивании (10-20 мин) продукт сушки восстанавливает все свои натуральные органолептические, физические и химические свойства: цвет, естественный аромат, форму, вкус, и т.д. и может употребляться в свежем виде или подвергаться любым видам кулинарной обработки.
Продукт не содержит консервантов и других вредных инородных веществ, не подвергается воздействию вредных электромагнитных полей и излучений. Обезвоженный продукт не критичен к условиям хранения и стоек к развитию микрофлоры. До года может храниться без специальной тары (при низкой влажности окружающей среды), при этом потери витаминов составляют 5-15%. В герметичной таре продукт сушки может храниться до двух и более лет. При такой сушке продукт уменьшается в объеме в 3-4 раза, а в массе 4-8 раз по сравнению с исходным сырьем.
В работе [35] рассматриваются задачи выпечки хлеба в печи с обогревом инфракрасными лучами; процессы обжарки и обработка продуктов животного происхождения. В частности, указано, что глубина проникновения инфракрасных лучей в растительные вещества даже с применением самого эффективного светлого излучателя весьма ограничена и составляет всего несколько миллиметров. В результате приходим к выводу, что инфракрасное излучение не оказывает положительного влияния на выпечку хлеба. Такое излучение может обеспечить лишь быстрое обжаривание наружного слоя и образование корки, но чтобы хлеб хорошо пропекался внутри, приходится пропекать тесто до необходимой для выпечки температуры с помощью проводников тепла. Если же проводники тепла плохого качества, время выпечки окажется столь же продолжительным, как и в обычной хлебопекарной печи. В отличие этого, в капиллярно- пористых материалах инфракрасные лучи с длиной вольны 0.7- 3.0 мкм активно поглощаются водой, содержащейся в продукте [17].
Расчет температурного поля инфракрасной нагревательной системы для сушки пищевых продуктов (бесконечная постановка задачи)
Рассмотрим нестационарную задачу расчета лучистого теплообмена между поверхностью нагреваемого продукта, системой линейчатых дискретных инфракрасных излучателей и отражательным экраном для случая бесконечной протяженности нагревательной системы вдоль оси х и перпендикуляра к плоскости чертежа (рис.2.1). Задачу будем решать с учетом конечных поперечных размеров инфракрасных излучателей при следующих предположениях: - поверхности лучистого теплообмена объекта, экрана и инфракрасных излучателей являются серыми диффузными излучателями. - нагреваемый материал (продукт) является пластиной с идеальной теплоизоляцией, и тепловые потоки теплопроводности вдоль поверхности этой пластины пренебрежимо малы по сравнению с лучистыми потоками на нее от инфракрасных излучателей. -инфракрасные излучатели в виде плоских элементов, ширина которых равна диаметру вольфрамовой нити накала (Рис. 2.1) и отражательный экран имеют постоянные по поверхности температуры.
Правомерность первого допущения объясняется тем, что поверхности объекта испытаний и излучателей являются шероховатыми, а не полированными. Полированным можно при желании выполнить поверхность отражательного экрана, но и в этом случае при работе системы продукты испарения будут осаждаться на поверхность экрана и нарушать его зеркальность. Правомерность же допущения о сером диффузном характере излучения и отражения для неполированных поверхностей доказано многочисленными исследованиями ряда авторов [27, 42].
Решение же задачи в точной постановке с учетом толщин конструкций, теплопроводности и условий контакта сопряжено с большими вычислительными трудностями, поскольку приходится решать краевую задачу с общими граничными условиями в виде системы интегро-дифференциальных уравнений [12,23].
В работах [28, 36, 49, 50, 54] рассматриваются стационарные задачи лучистого теплообмена, в которых применяется зональный метод или комбинация зонального с интегральным методом расчета. В результате [54] показано, что предлагаемые методы применены для ограниченных классов задач лучистого теплообмена из-за влияний функций распределения температур по поверхностям системы на точность результатов расчета. Из-за того, что для нашего случая функции распределения температур являются определяющими, задачу будем решать с точным учетом произведения локальных величин определяемых функций с локальным (элементарным) угловым коэффициентом (локальный метод расчета).
Таким образом, решение нестационарной задачи расчета лучистого теплообмена между телами малой толщины сводится к задаче Коши, правые части которой определяются из системы интегральных уравнений Фредгольма второго (особого) рода. Заметим, что аналитическое решение этой задачи Коши пока отсутствует.
Решение указанной системы интегро-дифференциальных уравнений можно свести к решению нелинейных дифференциальных уравнений. Для чего необходимо заменить область непрерывного изменения аргумента ху областью дискретного его изменения, а интегральные операторы в системе - некоторыми квадратурными формулами. Далее, для каждого заданного распределения температуры по поверхностям системы необходимо решить определяющую систему алгебраических уравнений (2.21- 2.24). При этом желательно, чтобы данная система была решена только один раз, вне зависимости от того, как изменяется температурные условия на каждом временном интервале. Однако при всей универсальности данного метода решения вычислительный процесс оказался довольно длительным. Поэтому пришлось искать наиболее простой метод расчета, то есть искать такие условия, выполнение которых устраняет периодическую неравномерность падающих на поверхности системы лучистых потоков, которая вызывается дискретностью расположения линейчатых излучателей.
Таким образом, решение этой задачи свелось к решению системы интегральных уравнений особого рода. Эта система уравнений была решена численно на машине. Некоторые результаты представлены на рис. 2.2.Анализ полученных результатов позволил сформулировать следующие выводы: Неравномерность нагрева объекта испытаний зависит от расстояния между излучателями и поверхностью объекта, и практически не зависит от расстояния между излучателями и отражательным экраном. Неравномерность определяется величиной hi, представляющей отношение расстояния между излучателями и поверхностью объекта испытания к шагу между излучателями. Когда этот параметр равен или больше единице - неравномерность меньше одного процента.
Для того чтобы исследовать возможность упрощения изложенного метода расчета, рассматриваемая задача была решена со следующим упрощающим предположением. Система ИК излучателей условно представлялись в виде равномерно излучающей полупрозрачной плоскостью с той же температурой. Решение этой системы доказано, что результаты вычислений в такой упрощенной постановке весьма мало (менее чем на один процент) отличаются от результатов точного решения (рис. 2.3).Видно, что такая упрощенная методика позволяет сохранить весьма высокую точность расчетов. Была исследована возможность дальнейшего упрощения методики расчета, без учета затенения для потоков от объекта и экрана. Однако, оказалось, что такое допущение не вызывает заметных погрешностей только для очень узких типов излучателей.
Для экспериментального подтверждения полученных результатов на установке "Нагревательная система ИКИ" был поставлен эксперимент, в процессе которого измерялось распределение температур на поверхности панели из теплоизоляционного материала. Эта панель устанавливалась над излучателями типа КИО—1000-220-1 (кварцевые лампы с вольфрамовыми спиралями накаливания). Распределение температур на поверхности панели фиксировалось для ряда расстояний между панелью и излучателями. Результаты эксперимента, представленные на графиках рис.2.4, подтверждают полученный расчетным путем вывод условии устранения периодической неравномерности температурного поля на поверхности объекта испытаний. Выводы по второй главе: 1. Поставлена в общем виде задача расчета лучистого теплообмена (с использованием закона Ламберта) в системе серых тел с дискретными поверхностями излучения ( с ИКИ); 2. Разработана методика расчета лучистого теплообмена между двумя плоскими бесконечными поверхностями, в промежутке которых с одинаковым шагом расположены линейчатые инфракрасные излучатели; 3. Составлена и отлажена программа численного решения особой системы интегральных уравнений методом последовательных приближений; 4. Теоретически и экспериментально доказано неравномерность поля падающего на объект нагрева теплового потока, обусловленная дискретностью излучателей, определяется, в основном, величиной параметра h/21- отношением расстояния от поверхности облучения к шагу между излучателями. Когда этот параметр больше или равен единице - неравномерность меньше одного процента; 5. Замена системы ИКИ полупрозрачным экраном с той же температурой (с тем же потоком излучения, что и ИКИ, и h/t 1), что соответствует вырождению особой системы интегральных уравнений в систему алгебраических уравнений, позволяет сохранить весьма высокую точность расчетов, следовательно, найдена упрощенная методика расчета таких систем.
Влияние конструктивных параметров объекта сушки, излучателей и отражательного экрана на температурное поле инфракрасной нагревательной системы
Нами решается задача лучистого теплообмена между плоскими поверхностями, отделенными друг от друга прозрачной средой в зависимости от взаимной ориентации поверхностей конструкции отражательного экрана, плоского объекта сушки и полупрозрачного излучающего экрана (ИКИ) (рис. 3.1). Предполагается, что поверхности излучения являются серыми диффузными излучателями, что распределение собственного излучения по направлениям подчиняется закону Ламберта. В частности, для плоской двухмерной системы, имеющей бесконечную протяженность в третьем направлении, закон Ламберта имеет вид dq,=0.5qj d(sin у) (3.1) где qt - удельный тепловой поток, посылаемый элементарная площадка j-той поверхности на единичную площадку і-той поверхности. Определяющими уравнениями теплообмена в замкнутой системе (рис.3.1) (отверстия в замкнутых системах рассматриваются как мнимые абсолютно черные поверхности с нулевой абсолютной температурой) является система линейных интегральных уравнений типа Фредгольма второго рода относительно функций плотностей потоков эффективного излучения.
Если предположить, что радиационные свойства поверхностей замкнутой системы не зависят от частоты излучения [8], уравнения теплового баланса приводят к необходимости определения температурного распределения по поверхностям 1,3,6 (пластины предполагаются теплоизолированными с односторонним излучением). Уравнения (3.3) представляют собой полную математическую постановку задачи теплообмена излучением в рамках обобщенного зонального метода для шести зонной замкнутой системы, образованной серыми поверхностями, которые имеют переменные по поверхности температуры и оптические свойства.
Для решения приведенной системы интегральных уравнений применялся метод последовательных приближений, интегралы вычислялись численно с помощью гауссовых квадратур[20]. Так как численный расчет связан с разбиением области определения функций на элементарные подобласти, в которых определяемые функции эффективного излучения р{х) считаются постоянными, то ядра интегральных уравнений К{х,у) становятся ограниченными в промежутке (aj+Ay/2,bj-Ay/2).
Согласно выше изложенному алгоритму нами была построена программа расчета на ЭВМ лучистого теплообмена между объектом нагрева, отражательным экраном (с зонами регулирования падающих на объект лучистого потока) и параллельно им расположенными инфракрасными излучателями. Фрагмент программы решения указанной системы уравнений (см. Приложение 1).
При уменьшении этого параметра (расстояния между излучающими поверхностями) нами полученные результаты дают завышенные значения величин эффективного потока, что связано с вырождением сингулярности интегральных уравнений (знаменатель ядра - К стремится к нулю). В дальнейшем решаются задачи с предположением, что максимальное значение ядра махК (х, у) — -г- (3.6) (Ь-аЩ На рис.3.2 представлены результаты параметрического расчета температурного поля ИК нагревательной системы. Видно, что конструкция отражательного экрана существенно влияет как на максимальную величину температуры, так и на неравномерность температурного поля. Например, если по техническим условиям необходимо воспроизвести равномерное температурное поле, то достаточно по краям отражательного экрана расположить теплоизолированные полоски из конструкционных материалов. Для достижения же высокой температуры на поверхности нагрева достаточно отражательный экран полностью теплоизолировать со стороны энергетического экрана.
Сопоставление численных результатов расчета, полученных по составленной программе для симметричной задачи, с результатами эксперимента, полученными на разработанной установке инфракрасной нагревательной системе с малоинерционными излучателями (см. глава 5), подтвердило надежность принятой схемы расчета. Расхождения теоретических и экспериментальных величин для всех указанных вариантов локального распределения температуры по поверхности пластины отличаются незначительно - в пределах 2- 3%. Рассмотрение представленных на рис. 3.2 результатов расчета для ряда практически интересных частных случаев, позволило провести дальнейшее изучение свойств и возможностей вариантов компоновки нагревательной системы ИКИ. На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что без регулирования электрической мощности ИКИ за счет зонального изменения отражательной способности экрана можно изменить характер и величину распределения падающего на поверхность объекта обогрева теплового потока, температурного поля (рис.3.2). Такая возможность регулирования температурного поля инфракрасной нагревательной системы существенно упрощает экспериментальное оборудование, так как это позволяет резко сократить количество зон независимого регулирования в системе электропитания ИКИ.
Расчет температурного поля инфракрасной нагревательной системы в зависимости от геометрии компоновки ИКИ (трехмерная задача)
Как указывалось выше, для расчета лучистого теплообмена в системе с дискретно расположенными излучателями целесообразно применять метод замены излучателей полупрозрачным энергетическим экраном. Рассматривается задача расчета лучистого теплообмена между плоским теплоизолированным объектом нагрева в виде прямоугольника конечного размера (Рис.4.1), полупрозрачным экраном и отражательным экраном с различными прямоугольными зонами теплообмена. Задача решается при тех же предположениях, что в параграфе 2.1.
Определим распределение потока результирующего излучения по поверхности объекта нагрева, полупрозрачного э и отражательного экранов. Подобные задачи были рассмотрены выше в плоской двухмерной постановке (см. 3.1 и 3.2). Здесь приведены основные уравнения и проанализированы некоторые результаты, в частности, неравномерность температурного поля по поверхности объекта нагрева в зависимости от геометрии взаимного расположения самой системы ИКИ.
При расчете температуры энергетического экрана неизолированной Тг и неизолированной отдельный зоны отражательного экрана Т5 считаются постоянными, а внешняя среда - при абсолютной температуре, равной нулю (т.е. энергия излучения, попадающая в пространство между поверхностями излучения извне пренебрежимо мала). На рис.4.3 - 4.7 представлены результаты решения по составленной программе двухмерной симметричной задачи расчета температурного поля ИКИ для различных геометрических размеров (параметров) компоновки и конструкции отражательного экрана, т.е для различных вариантов взаимного расположения объекта нагрева, инфракрасных излучателей и отражательного экрана. Из анализа графиков рис.4.3 следует, что изменение конструкции отражательного экрана существенно влияет на температурное поле инфракрасной нагревательной системы. Изменение размеров теплоизолированных зон вызывает с одной стороны к уменьшению неравномерности температурного поля, с другой стороны — уменьшению значений температур на самом объекте нагрева (сушки). Из этого следует, что на практике, изменяя конструкцию отражательного экрана, можно регулировать температурное поле ИКИ как по величине, так и по характеру распределения по всей площади облучения. Поверхности объекте нагрева
Распределение температурного поля в нагревательной системе с симметричным расположением отражательного и энергетического экранов показано на рис.4.4 для различных размеров и расположения нагреваемого объекта. Размеры самого нагреваемого объекта сушки существенно влияет на температурное поле (на плотность излучения) ИКИ. Увеличение размера объекта сушки заметно влияет на величину температуры продукта сушки в средине, а по краям - падает. Ход кривых температурного распределения для симметричных схем расположения энергического экрана, объекта сушки и отражательного экрана одинаков (рис. 4.4) , а различие в величинах температур (рис.4.5) обусловлено действием степени черноты отражательного экрана. Из рис. 4.5 видно, что зональное изменение степени черноты отражательного экрана приводит к резкому изменению хода кривых температурного поля ИКИ. В случаи уменьшения отражательной способности, какой - либо зоны экрана, монотонность изменения температурного поля также изменяется резко со стороны этой же зоны. Такое сильное различие в монотонности кривых температурного поля ИКИ объясняется зональным изменением процесса теплообмена отражательного экрана с окружающей средой.
Из рис.4.3-4.5 очевидна возможность регулирования поле излучения нагревательной системы с помощью регулирования отражательной способности экрана. В отличия от результатов решения аналогичной задачи в плоской постановке, решенной выше в пункте 3.2, здесь показана возможность регулирования поле излучения по всем направлениям с помощью боковых теплоизолированных экранов. На Рис.4.6 представлены изотермы по поверхности объекта нагрева, из которых видно, что неравномерность (градиент температуры) резко возрастает по краям системы. На рис. 4.7 представлены результаты расчета температурного поля по поверхности краевого теплоизолированного экрана в зависимости размера самого экрана. Видно что, увеличение размеров краевых (боковых) теплоизолированных частей экрана способствует резкому повышению температуры при неизменной мощности ИКИ.
Таким образом, из рассмотрения данных, приведенных на рис.4.3 - 4.7, следует, что наличие зон регулирования отражательной способности экрана приводит к изменению желаемой формы температурного поля инфракрасной нагревательной системы с малоинерционными дискретно расположенными излучателями. Причем оно особенно заметно в увеличении температуры объекта нагрева, если увеличить отражательную способность экрана.
1. Используя метод замены дискретно расположенных инфракрасных излучателей полупрозрачным энергетическим экраном, решена трехмерная задача расчета теплообмена в нагревательной системе с ИКИ.
2. Разработанный алгоритм и отлаженная программа решения системы интегральных уравнений Фредгольма второго рода на языке Turbo Pascal 7.0 позволяют анализировать режим работы любых конструктивных вариантов конфигурации нагревательных систем ИКИ.
3. Показано, что наличие зон регулирования отражательной способности экрана приводит к изменению желаемой формы температурного поля инфракрасной нагревательной системы. Причем изменение формы особенно заметно в увеличении температуры объекта нагрева, если увеличить отражательную способность экрана.
