Kaip kaitinimo plokštės paviršiaus šiurkštumas veikia radiacinį šilumos perdavimą esant aukštai temperatūrai?

Virš 300 laipsnių kaitinimo plokštė perduoda didelį energijos kiekį ne prisilietimu, o nematoma infraraudonaisiais spinduliais. Spinduliavimo valdymo rankenėlė priklauso nuo to, ar plokštės paviršius yra šviesus ir poliruotas, ar nuobodus ir šiurkštus. Tai ypač svarbu vakuuminėse sistemose, kaitinant be prisilietimo ir naudojant aukštą temperatūrą, kur konvekcija yra apribota.

Spinduliuotė kaip pagrindinis šilumos perdavimo būdas
Esant aukštesnei temperatūrai šiluminė spinduliuotė yra pagrindinis viso šilumos perdavimo mechanizmas. Šiais režimais radiacinių šilumos perdavimo kaitinimo plokščių veikimą mažiau lemia tūrinės medžiagos paviršiaus šiurkštumo savybės, o labiau – paviršiaus sąveika su infraraudonųjų spindulių bangų ilgiais.

Spinduliavimo efektyvumas kiekybiškai įvertinamas spinduliavimo koeficientu, kuris yra matas, kaip efektyviai paviršius spinduliuoja šiluminę energiją, palyginti su idealiu juodu korpusu.

Spinduliavimo efektas: poliruotas lyginant su šiurkščiais paviršiais
Lygus metalinis paviršius atspindi infraraudonųjų spindulių energiją kaip veidrodis. Didžioji dalis krentančios spinduliuotės atsispindi, nesugeria ir neišspinduliuoja. Taigi spinduliuotė išlieka gana žema.

Kita vertus, grublėtas paviršius sukuria mikro{0}} masto skylutes ir netobulumus. Šios savybės apriboja spinduliuotę pasikartojančiais vidiniais atspindžiais ir padidina sugerties bei pakartotinės emisijos efektyvumą.

Tiesą sakant:

Poliruoto aliuminio plokštės spinduliuotė gali būti tokia maža kaip ~0.05 .

Paprastai oksiduoti arba šiek tiek grublėti aliuminio paviršiai yra 0,2–0,3

Labai grublėtas paviršius, pvz.,{0}}šlifuoti paviršiai, gali labai padidinti efektyvų spinduliavimą

Tai, kas atrodo blizga akims, blizga ir infraraudoniesiems spinduliams, o tai, kas atrodo nuobodu, taip pat gerai spinduliuoja. Šiurkštus paviršius tomis pačiomis sąlygomis dažnai gali maždaug keturis kartus padidinti spinduliuotės šilumos perdavimą, palyginti su poliruotu ekvivalentu.

Spinduliavimas kaip šiluminės konstrukcijos parametras
Dažnai spinduliuotės koeficientas vadinamas paviršiaus šilumine spalva. Tai yra medžiagos dalyvavimo spinduliavimo mainuose matas, o ne vizualinė spalva.

Kai kuriuos dalykus reikia atsiminti:

Emisijos priklausomybė nuo temperatūros ir bangos ilgio

Paviršiaus oksidacija laikui bėgant gali žymiai pakeisti spinduliavimo efektyvumą

Išmatuotas spinduliavimas nepriklauso nuo šiurkštumo charakteristikų, tokių kaip Ra, todėl jai reikia specialaus aparato.

Aukštos temperatūros sistemose spinduliuotė yra tokia pat reikšminga kaip laidumas, kai kalbama apie bendrą šildymo elgesį.

Paviršiaus apdorojimo ir dangų poveikis
Nepriklausomai nuo pagrindo paviršiaus apdailos, spinduliavimo elgseną gali dominuoti paviršiaus dangos.

PTFE dangų spinduliavimo koeficientas paprastai yra ~0,9.

Keraminės dangos paprastai siekia 0,8

Vertės gana vienodos įvairiose netauriųjų metalų apdailose

Naudojant dengtą kaitinimo plokštę, dangos būklė gali veiksmingai įveikti pagrindo šiurkštumo įtaką.

Tačiau pliko metalo plokščių atveju mechaninis paviršiaus apdorojimas išlieka pagrindiniu spinduliavimo efektyvumo reguliavimo būdu.

Poveikis šildymo efektyvumui ir proceso projektavimui
Didesnė spinduliuotė iš karto padidina energijos perdavimo efektyvumą vakuuminėse krosnyse, infraraudonųjų spindulių šildymo sistemose ir nekontaktinėse šiluminėse sistemose. Šiurkštesnis paviršius padidins spinduliuotės ryšį su apkrova, todėl šildymo greitis bus greitesnis.

Tačiau gali būti kompromisų,{0}}tokių kaip:

Padidėjęs jautrumas oksidacijai aukštesnėje temperatūroje

Ilgo tarnavimo laiko emisijos svyravimų potencialas

Mažesnis atspindys naudojant kontroliuojamą spinduliuotės apsaugą

Santrauka
Paviršiaus šiurkštumo valdymas yra paprastas pasyvus būdas sureguliuoti radiacinio šilumos perdavimo kaitinimo plokštėse elgseną, ypač esant aukštai temperatūrai, kai dominuoja spinduliuotė. Grubus paviršius padidina spinduliavimo koeficientą ir padidina energijos perdavimo efektyvumą. Poliruoti paviršiai atspindi mažesnę spinduliuotę.

Kiekvienas paviršius turi savo šiluminį pobūdį, jo spinduliavimo funkciją, ir tai tampa pagrindiniu dizaino svertu aukštos temperatūros šiluminės inžinerijos sistemose.