Kako hrapavost površine grelne plošče vpliva na sevalni prenos toplote pri visokih temperaturah?

Nad 300 stopinj grelna plošča prenese veliko količino energije ne z dotikom, temveč z nevidnim infrardečim sevanjem. Kontrolni gumb za to, kako dobro seva, je ali je površina plošče svetla in polirana ali motna in hrapava. To je še posebej pomembno pri vakuumskih sistemih, ogrevanju brez dotika in pri visokotemperaturnih operacijah, kjer je konvekcija omejena.

Sevanje kot primarni način prenosa toplote
Pri povišanih temperaturah je toplotno sevanje dominanten mehanizem celotnega prenosa toplote. V teh režimih je delovanje grelnih plošč s sevalnim prenosom toplote manj odvisno od kakovosti materiala v razsutem stanju hrapavosti površine in bolj od interakcije površine z infrardečimi valovnimi dolžinami.

Učinkovitost sevanja je kvantificirana z emisijsko sposobnostjo, ki je merilo, kako učinkovito površina oddaja toplotno energijo glede na idealno črno telo.

Emisivni učinek: polirane v primerjavi z hrapavimi površinami
Gladka kovinska površina odbija infrardečo energijo kot ogledalo. Večina vpadnega sevanja se odbije, ne absorbira ali odda. Tako ostaja emisijska sposobnost precej nizka.

Po drugi strani pa hrapava površina uvaja mikro-luknje in nepopolnosti. Te lastnosti omejujejo sevanje prek ponavljajočih se notranjih odbojev in povečujejo učinkovitost absorpcije in ponovne -emisije.

Pravzaprav:

Emisivnost polirane aluminijaste plošče je lahko tako nizka kot ~0.05 .

Običajno so oksidirane ali rahlo hrapave aluminijaste površine v območju 0,2-0,3

Zelo hrapave površine, kot so peskane-površine, lahko močno povečajo učinkovito emisijo

Kar je na oko videti bleščeče, je bleščeče tudi za infrardeče sevanje, kar pa je videti motno, tudi dobro seva. Hrapava površina lahko pogosto približno štirikrat poveča sevalni prenos toplote v primerjavi s poliranim ekvivalentom pod enakimi pogoji.

Emisivnost kot parameter toplotne zasnove
Emisivnost pogosto imenujemo toplotna barva površine. Je merilo udeležbe materiala pri izmenjavi sevanja, ne vizualna barva.

Upoštevajte nekaj stvari:

Odvisnost emisivnosti od temperature in valovne dolžine

Površinska oksidacija lahko sčasoma bistveno spremeni sevalno učinkovitost

Izmerjena emisivnost ni odvisna od značilnosti hrapavosti, kot je Ra, in potrebuje posebno napravo.

Pri visokotemperaturnih sistemih je emisijska sposobnost enako pomembna kot prevodnost, ko gre za splošno obnašanje pri ogrevanju.

Učinek površinske obdelave in premazov
Na sevalno obnašanje lahko prevladujejo površinski premazi, ne glede na končno obdelavo spodnje podlage.

PTFE prevleke imajo običajno emisijsko sposobnost reda ~0,9.

Keramične prevleke običajno dosežejo 0,8

Vrednosti so dokaj dosledne pri različnih zaključkih iz navadnih kovin

V primeru uporabe prevlečene grelne plošče lahko stanje prevleke učinkovito premaga vpliv hrapavosti podlage.

Toda za gole kovinske plošče mehanska površinska obdelava ostaja temeljni način za prilagajanje sevalne učinkovitosti.

Vpliv na učinkovitost ogrevanja in načrtovanje procesa
Višja emisija takoj poveča učinkovitost prenosa energije v vakuumskih pečeh, infrardečih ogrevalnih sistemih in brez{0}}kontaktnih toplotnih aplikacijah. Bolj groba površina bo povzročila povečano sevalno vezavo na breme, kar bo povzročilo hitrejše segrevanje.

Lahko pa pride do-kompromisov, kot so:

Povečana občutljivost na oksidacijo pri povišanih temperaturah

Potencial nihanja emisije zaradi dolge življenjske dobe

Manjši odboj pri aplikacijah, ki vključujejo nadzorovano zaščito pred sevanjem

Povzetek
Nadzor površinske hrapavosti zagotavlja preprost pasiven način za prilagajanje obnašanja sevalnega prenosa toplote v grelnih ploščah, zlasti pri visokih temperaturah, ko prevladuje sevanje. Hrapava površina poveča emisivnost in poveča učinkovitost prenosa energije. Polirane površine odsevajo in zmanjšajo sevalno moč.

Vsaka površina ima svojo lastno toplotno osebnost, ki je odvisna od njene emisivnosti, in to postane ključni oblikovalski vzvod v visokotemperaturnih toplotnotehničnih sistemih.