زبری سطح صفحه گرمایش چگونه بر انتقال حرارت تابشی در دماهای بالا تأثیر می گذارد؟

بالاتر از 300 درجه یک صفحه گرمایش مقدار زیادی انرژی را نه از طریق لمس بلکه توسط اشعه مادون قرمز نامرئی منتقل می کند. دستگیره کنترل میزان تابش آن این است که سطح صفحه روشن و صیقلی باشد یا کدر و ناهموار. این امر به ویژه در سیستم های خلاء، گرمایش بدون لمس و عملیات دمای بالا که در آن جابجایی محدود است بسیار مهم است.

تابش به عنوان حالت اولیه انتقال حرارت
در دماهای بالا تابش حرارتی مکانیسم غالب انتقال حرارت کل است. در این رژیم ها، عملکرد صفحات گرمایش انتقال حرارت تابشی کمتر توسط کیفیت مواد حجیم زبری سطح تعیین می شود و بیشتر توسط تعامل سطح با طول موج های مادون قرمز تعیین می شود.

راندمان تشعشعی با گسیل‌پذیری اندازه‌گیری می‌شود، که اندازه‌گیری میزان کارآمدی یک سطح انرژی حرارتی نسبت به یک جسم سیاه ایده‌آل است.

اثر انتشار: صیقلی در مقابل سطوح ناهموار
یک سطح فلزی صاف مانند یک آینه انرژی مادون قرمز را منعکس می کند. بیشتر تشعشعات تابشی منعکس می شوند، جذب یا ساطع نمی شوند. بنابراین، انتشار بسیار پایین می ماند.

از سوی دیگر، یک سطح زبر، سوراخ‌ها و ناصافی‌هایی را ایجاد می‌کند. این ویژگی ها تابش را از طریق بازتاب های داخلی مکرر محدود می کنند و کارایی جذب و انتشار مجدد را افزایش می دهند.

در واقع:

انتشار یک صفحه آلومینیومی صیقلی می تواند تا ~0.05 . باشد

به طور معمول، سطوح آلومینیومی اکسید شده یا کمی زبر شده در محدوده 0.2-0.3 هستند.

سطوح بسیار زبر، مانند سطوح شن-بلاست شده، می‌توانند انتشار موثر را تا حد زیادی افزایش دهند.

آنچه برای چشم براق به نظر می رسد در برابر تابش مادون قرمز نیز براق است و آنچه کسل کننده به نظر می رسد نیز به خوبی تابش می کند. یک سطح زبر غالباً می تواند انتقال حرارت تشعشعی را در مقایسه با معادل جلا تحت شرایط یکسان تقریباً چهار برابر کند.

انتشار به عنوان یک پارامتر طراحی حرارتی
غالباً تابش را رنگ حرارتی یک سطح می نامند. این معیاری است برای مشارکت یک ماده در تبادل تابشی، نه رنگ بصری.

چند نکته را باید در نظر داشت:

وابستگی انتشار به دما و طول موج

اکسیداسیون سطحی می تواند عملکرد تابشی را به طور قابل توجهی در طول زمان تغییر دهد

تابش اندازه گیری شده به ویژگی های زبری مانند Ra بستگی ندارد و به دستگاه خاصی نیاز دارد.

برای سیستم‌های با دمای بالا، تابش به اندازه رسانایی در رفتار گرمایش کلی مهم است.

اثر عملیات سطحی و پوشش
رفتار تشعشعی ممکن است تحت سلطه پوشش های سطحی بدون توجه به پایان لایه زیرین باشد.

پوشش‌های PTFE معمولاً دارای انتشار حدود 0.9 هستند.

پوشش های سرامیکی معمولاً به 0.8 می رسد

مقادیر در سطوح مختلف فلزات پایه نسبتاً سازگار است

در مورد استفاده از صفحه گرمایش پوشش داده شده، وضعیت پوشش می تواند به طور موثر بر تأثیر زبری بستر غلبه کند.

اما برای صفحات فلزی لخت، عملیات مکانیکی سطح یک راه اساسی برای تنظیم عملکرد تابشی باقی می ماند.

تأثیر بر راندمان گرمایش و طراحی فرآیند
انتشار بالاتر بلافاصله بازده انتقال انرژی را در کوره های خلاء، سیستم های گرمایش مادون قرمز و کاربردهای حرارتی غیر تماسی- افزایش می دهد. یک سطح ناهموار منجر به افزایش اتصال تشعشعی به بار می شود و در نتیجه نرخ گرمایش سریعتر می شود.

اما ممکن است مبادلاتی-از قبیل:

افزایش حساسیت به اکسیداسیون در دماهای بالا

پتانسیل نوسان انتشار با عمر طولانی

بازتاب کمتر در کاربردهایی که شامل محافظ تابش کنترل شده است

خلاصه
کنترل زبری سطح یک راه غیرفعال ساده برای تنظیم رفتار انتقال حرارت تشعشعی در صفحات گرمایشی، به ویژه در دماهای بالا که تشعشع غالب است، فراهم می کند. یک سطح زبر باعث افزایش انتشار و افزایش راندمان انتقال انرژی می شود. سطوح صیقلی منعکس می شوند تا خروجی تشعشع کمتری داشته باشند.

هر سطحی شخصیت حرارتی خاص خود را دارد که تابعی از انتشار آن است و این به یک اهرم طراحی کلیدی در سیستم های مهندسی حرارتی با دمای بالا تبدیل می شود.