Độ nhám bề mặt của tấm gia nhiệt ảnh hưởng đến sự truyền nhiệt bức xạ ở nhiệt độ cao như thế nào?

Trên 300 độ, tấm gia nhiệt truyền một lượng lớn năng lượng không phải bằng cảm ứng mà bằng bức xạ hồng ngoại vô hình. Núm điều khiển xem nó tỏa ra tốt như thế nào là bề mặt của tấm có sáng và bóng hay xỉn và thô. Điều này đặc biệt quan trọng trong các hệ thống chân không, hệ thống sưởi không chạm và hoạt động ở nhiệt độ cao nơi sự đối lưu bị hạn chế.

Bức xạ là phương thức truyền nhiệt chính
Ở nhiệt độ cao, bức xạ nhiệt là cơ chế chủ yếu của tổng truyền nhiệt. Trong các chế độ này, hiệu suất của các tấm gia nhiệt truyền nhiệt bức xạ ít được xác định bởi chất lượng vật liệu khối của độ nhám bề mặt mà được xác định nhiều hơn bởi sự tương tác của bề mặt với bước sóng hồng ngoại.

Hiệu suất bức xạ được định lượng bằng độ phát xạ, đây là thước đo mức độ hiệu quả của một bề mặt tỏa năng lượng nhiệt so với vật đen lý tưởng.

Hiệu ứng phát xạ: Bề mặt được đánh bóng so với bề mặt thô
Bề mặt kim loại nhẵn phản chiếu năng lượng hồng ngoại giống như một tấm gương. Phần lớn bức xạ tới bị phản xạ, không bị hấp thụ hoặc phát ra. Vì vậy, độ phát xạ vẫn khá thấp.

Mặt khác, bề mặt nhám sẽ tạo ra các lỗ-không hoàn hảo trên quy mô vi mô. Những đặc điểm này hạn chế bức xạ thông qua các phản xạ bên trong lặp đi lặp lại, đồng thời tăng hiệu quả hấp thụ và tái phát xạ.

Trong thực tế:

Độ phát xạ của tấm nhôm đánh bóng có thể thấp tới ~0.05 .

Thông thường, bề mặt nhôm bị oxy hóa hoặc được làm nhám nhẹ nằm trong khoảng 0,2-0,3

Các bề mặt rất nhám, chẳng hạn như các bề mặt-được phun cát, có thể nâng cao đáng kể khả năng phát xạ hiệu quả

Những gì trông sáng bóng đối với mắt cũng sáng bóng đối với bức xạ hồng ngoại, và những gì trông xỉn màu cũng phát xạ tốt. Bề mặt được làm nhám thường có thể truyền nhiệt bức xạ gấp bốn lần so với bề mặt được đánh bóng tương đương trong cùng điều kiện.

Độ phát xạ như một thông số thiết kế nhiệt
Thông thường độ phát xạ được gọi là màu nhiệt của bề mặt. Nó là thước đo sự tham gia của vật liệu vào quá trình trao đổi bức xạ chứ không phải màu sắc trực quan.

Một số điều cần ghi nhớ:

Sự phát xạ phụ thuộc vào nhiệt độ và bước sóng

Quá trình oxy hóa bề mặt có thể thay đổi đáng kể hiệu suất bức xạ theo thời gian

Độ phát xạ đo được không phụ thuộc vào đặc tính nhám như Ra và cần có thiết bị đặc biệt.

Đối với các hệ thống nhiệt độ cao, độ phát xạ cũng quan trọng như độ dẫn điện khi xét đến đặc tính gia nhiệt tổng thể.

Hiệu quả của việc xử lý bề mặt và lớp phủ
Hoạt động bức xạ có thể bị chi phối bởi lớp phủ bề mặt bất kể lớp hoàn thiện của lớp nền bên dưới.

Lớp phủ PTFE thường có độ phát xạ ở mức ~ 0,9.

Lớp phủ gốm thường đạt 0,8

Các giá trị khá nhất quán trên các lớp hoàn thiện kim loại cơ bản khác nhau

Trong trường hợp sử dụng tấm gia nhiệt có tráng phủ, tình trạng của lớp phủ có thể khắc phục hiệu quả ảnh hưởng của độ nhám bề mặt.

Nhưng đối với các tấm kim loại trần, xử lý bề mặt cơ học vẫn là phương pháp cơ bản để điều chỉnh hiệu suất bức xạ.

Ảnh hưởng đến hiệu quả sưởi ấm và thiết kế quy trình
Độ phát xạ cao hơn ngay lập tức làm tăng hiệu suất truyền năng lượng trong lò chân không, hệ thống sưởi hồng ngoại và các ứng dụng nhiệt không tiếp xúc. Bề mặt gồ ghề hơn sẽ dẫn đến sự kết hợp bức xạ với tải tăng lên, dẫn đến tốc độ gia nhiệt nhanh hơn.

Nhưng có thể có những-sự đánh đổi như:

Tăng độ nhạy cảm với quá trình oxy hóa ở nhiệt độ cao

Tiềm năng dao động phát xạ của tuổi thọ dài

Độ phản xạ thấp hơn trong các ứng dụng liên quan đến việc che chắn bức xạ có kiểm soát

Bản tóm tắt
Kiểm soát độ nhám bề mặt cung cấp một cách thụ động đơn giản để điều chỉnh hoạt động truyền nhiệt bức xạ trong các tấm gia nhiệt, đặc biệt ở nhiệt độ cao khi bức xạ chiếm ưu thế. Bề mặt nhám làm tăng độ phát xạ và tăng hiệu quả truyền năng lượng. Bề mặt được đánh bóng phản chiếu tới lượng bức xạ thấp hơn.

Mỗi bề mặt đều có đặc tính nhiệt riêng, chức năng phát xạ của nó và điều này trở thành đòn bẩy thiết kế quan trọng trong các hệ thống kỹ thuật nhiệt nhiệt độ cao.