Infrasarkanais: apkures likumi

Infrasarkanās apkures pamatlikumi

Tā kā IR apkure ir attīstījusies, tā ir arī fundamentālā zinātne, kas ir tās siltuma pārneses pamatā, taču tiek piemēroti trīs galvenie likumi:

• Stefana-Boltsmana likums: Piešķir kopējo jaudu, kas izstarota noteiktā temperatūrā no IR avota.
• Planka likums: Piešķir melnā ķermeņa avota starojuma spektrālo sadalījumu - tādu, kas noteiktā temperatūrā izstaro 100% starojumu.
• Vīnes likums: Turpinot pēc Planka likuma, tas paredz viļņa garumu, kurā melnā ķermeņa izstarotā starojuma spektrālais sadalījums ir maksimālajā punktā.

Štefana-Boltsmana likums

Steffan-Boltzmann likums galvenokārt attiecas uz infrasarkano staru izstarošanu. Infrasarkanā starojuma avota enerģijas starojuma aprēķināšana, pamatojoties uz objekta virsmas laukuma temperatūru un melnā ķermeņa faktoru. Ideālam melnajam ķermenim koeficients ir 1 - ar citiem materiāliem atšķiras ar šo faktoru (skat. Tabulu zemāk). Kad mēs pieļaujam normālu materiālu izstarojamību, Stefana-Boltmana likums kļūst:

Saskaņā ar Kirhhofa termālā starojuma likuma definīciju jebkuram patvaļīgam ķermenim, kas izstaro un absorbē termisko starojumu, emisijas spēja ir vienāda ar tā absorbciju. Tas nozīmē, ka izstarošanās spēja ir noderīga, lai noteiktu, cik daudz virsma absorbēs, kā arī izstaros.

Dažādu virsmu izstarojuma tabula

Alumīnija slīpēts 0.09	Misiņa pulēts 0.03	Bronzas pulēts 0.10
Ogleklis (sveces kvēpi) 0.95	Keramikas (glazēts porcelāns) 0.92	Hroma slīpēts 0.10
Betons 0.85	Vara pulēta 0.02	Varš oksidēts 0.65
Stikla kausēts kvarcs 0.75	Dzelzs slīpēts 0.21	Dzelzs sarūsējis 0.65
Plastmasas necaurspīdīgs 0.95	Sudraba slīpēts 0.05	Nerūsējošā tērauda pulēts 0.16
Nerūsējošais tērauds oksidēts 0.83	Ūdens 0.96

Izmantojot šo likumu, mēs tagad varam aprēķināt neto siltuma pārnesi starp divām izstarojošajām virsmām T1 un T2. Tā kā abi izstaro, tīrā jaudas pārvade būs starpība starp abiem izstarotajiem enerģijas izvadiem.

Planka likums

Plankas likums apraksta elektromagnētisko starojumu, ko melnā ķermeņa izstaro termiskā līdzsvara stāvoklī noteiktā temperatūrā. Tas ir nosaukts vācu fiziķa Maksa Planka vārdā, kurš to ierosināja 1900. gadā.

Plānojot dažādu sildītāja (emitētāja) temperatūru, Planka likums paredz:

1. Frekvenču diapazons, kurā tiks ražota infrasarkanā apkures enerģija
2. Izstarojošā jauda noteiktam viļņa garumam

Lūdzu, skatiet zemāk “Paskaidrojumus par Planka likumu”.

Vīnes pārvietošanas likums

Vīnes likums ir turpinājums no Planka likuma un paredz viļņa garumu, kurā melnā ķermeņa izstarotā starojuma spektrālais sadalījums ir maksimālajā punktā.

Ideāls melnais ķermenis ir virsma, kas neko neatspoguļo un izstaro tīru termisko starojumu. Pilnīgas melnas ķermeņa jaudas un viļņa garuma grafiku sauc par melnās ķermeņa spektru (sk. Diagrammu zemāk). Ievērojiet punktētu sarkanu līniju, kas veidojas, kad mēs savienojam katras temperatūras līknes maksimālos punktus Planka sadalījumā un savienojam tos.

Temperatūrai paaugstinoties, termiskais starojums rada īsāku viļņa garumu, augstāku enerģiju. Zemāk redzamajā grafikā mēs varam redzēt, kā spuldze ražo noteiktu enerģijas daudzumu ar redzamā spektra tikai nelielu daļu. Palielinoties temperatūrai un maksimālā viļņa garumam kļūstot īsākam, jo ​​lielāks izstarotās enerģijas daudzums.

Grafiks parāda arī to, ka iezis istabas temperatūrā “nemirdzēs”, jo 20 ° C līkne neietilpst redzamajā spektrā. Objektiem uzkarstot, tie sāk izdalīt redzamu gaismu vai mirdzēt. 600 ° C temperatūrā objekti mirdz blāvi sarkanā krāsā. 1,000 ° C temperatūrā krāsa ir dzelteni oranža, un 1,500 ° C temperatūrā tā kļūst balta.

Divi citi zinātniskie likumi informē par infrasarkanā starojuma siltuma praktisko izmantošanu Apgrieztā kvadrāta likums un Lamberta kosinēzijas likums.

Apgrieztā kvadrāta likums

Apgrieztā kvadrāta likums nosaka starojuma enerģijas attiecību starp IR avotu un tā objektu - ka intensitāte uz laukuma vienību mainās apgriezti proporcionāli šī attāluma kvadrātam. Tomēr praksē apgrieztā kvadrāta likums ir mazāk efektīvs, ja tas attiecas uz lielām paralēlām virsmām, piemēram, apsildāmām plāksnēm un krāsns sistēmām.

Lamberta kosinēzijas likums

Lamberta kosinusa likums ļauj aprēķināt IR intensitāti, ja starojums netiek piemērots tieši mērķa ķermenim, bet ir iestatīts leņķī. Šis likums galvenokārt attiecas uz maziem avotiem, kas izstaro relatīvi lielu attālumu.

Infrasarkano staru izstarotājiem, ko izmanto rūpnieciskajā apkurei, parasti ir izmantojams maksimālais izstarojuma viļņa garums diapazonā no 0.75 līdz 10 μm. Šajā diapazonā ir trīs apakšdalījumi, kas ir garais, vidējais un īsais vilnis.

Garenviļņu izstarotājiem, kas pazīstami arī kā tālu-infrasarkanais (FIR), maksimālais emisijas diapazons ir 3-10 μm diapazonā. Šis diapazons parasti attiecas uz keramikas elementiem, kas sastāv no augstas temperatūras pretestības sakausējuma spoles, kas iestrādāta cietā vai dobā konstrukcijā ar ļoti izstarojošu keramikas korpusu. Keramikas izstarotājus ražo vairākos rūpniecības standarta izmēros ar plakanām vai izliektām (zem stila) izstarojošajām virsmām.

Īsāki maksimālie emisijas viļņu garumi tiek sasniegti, izmantojot emisijas avotus ar augstāku virsmas temperatūru. Kvarca kasešu stila emitētāji ir pieejami rūpniecības standarta izmēros līdzīgos izmēros kā keramikas un sastāv no vairākām caurspīdīgām kvarca caurulēm, kas iebūvētas pulēta alumīnija tērauda korpusā. Šie izstarotāji var darboties ar augstāku priekšējās virsmas temperatūru un izstarot garu un vidēju viļņu diapazonā.

Vidēja viļņa diapazona īsākā galā ir kvarca volframa emitētājs, kas sastāv no noslēgtas lineāras caurspīdīgas kvarca caurules, kurā ir zvaigžņu dizaina volframa spole. Volframa spole nodrošina ātru reakcijas laiku ar zemu termisko inerci.

Īsā viļņa kvarca halogēna diapazons ir līdzīgas konstrukcijas kā ātras vidēja viļņa volframa emitētājam, izņemot to, ka tiek izmantota apaļa volframa spole un kvarca caurules ir piepildītas ar halogēna gāzi. Augstāka spoles temperatūra rada baltu gaismu un maksimālo emisijas viļņa garumu īso viļņu diapazonā.

Paskaidrojumi par Planka likumu

Planka likums vēsta, ka, paaugstinoties jebkuras izstarojošās virsmas temperatūrai, arvien vairāk enerģijas izdalīsies kā infrasarkanā enerģija. Jo augstāka objekta temperatūra, jo lielāks tiks infrasarkanās enerģijas daudzums. Papildus intensīvākai (jaudai) izstarotās frekvences kļūst platākas un pīķa viļņa garums kļūst īsāks.

Ļoti augstā temperatūrā, ne tikai infrasarkanā, tiks radīta arī redzama īsāka viļņa garuma gaisma. Vispirms to novēro kā blāvu sarkanu mirdzumu, pēc tam oranžu, dzeltenu un visbeidzot baltu. Attēlā 1 (zemāk) parādītas tipiskas Planka likuma līknes temperatūru diapazonam no 1050 ° C līdz 50 ° C.

Spēcīgākā izeja ir rozā līknei, kas atbilst 1050 ° C. Tas rāda visaugstāko jaudas jaudu, un tā maksimums ir aptuveni 2.5 mikronos. Tam seko līkne pie 850 ° C, kur maksimālā enerģija ir mazāka par pusi no enerģijas, kas rodas 1150 ° C.

Temperatūrai pazeminoties, samazinās arī enerģijas līmenis, un enerģijas maksimālais viļņa garums nobīdās uz garākajiem viļņu garumiem. Zemākās temperatūras no 250 ° C, 100 ° C un 50 ° C līknēm grafikā nav redzamas, bet, palielinot grafiku, lai redzētu zemākas temperatūras līknes, šī pāreja uz garākiem viļņu garumiem ir redzamāka. Tomēr jaudas intensitāte ievērojami samazinās.

Tas ir parādīts 2 attēlā (zemāk). Pie 250 ° C var redzēt, ka zilajai līknei ir aptuvena pīķa ~ 6 mikroni, turpretī pie 100 ° C maksimālais viļņa garums ir ~ 7.5 mikroni. Ņemiet vērā arī to, ka viļņu garums ir vienmērīgāk sadalīts un neuzrāda koncentrētu šauru virsotni, kas redzama augstākās temperatūrās.

Ja mēs atkal palielināsim to pašu grafiku un koncentrēsimies tikai uz zemākām temperatūrām, kā parādīts 3 attēlā (zemāk), tad redzam, ka temperatūru 50 ° C un 25 ° C maksimālie viļņu garumi ir attiecīgi ~ 9 un 10 mikroni.

Šīs informācijas lietošana

Kā eksperti savā jomā, mēs ceram, ka šīs informācijas lapas palīdzēs jums labāk izprast infrasarkano staru. Vissvarīgākais ir zināt, kāds ir jūsu materiāls un kas jums nepieciešams. Mēs varam jums ieteikt pārējo!