红外技术基础与应用_远红外加热技术及应用简述

《红外技术基础与应用》

课程结题论文

题目远红外加热技术及应用简述

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2011年12月

远红外加热技术及应用简述

摘要：本文从红外辐射的机理出发，探讨了红外辐射的光谱特性、吸收机制与吸收条件，论述了辐射与吸收的匹配的重要性，重点对染整工艺应用过程原理及辐射换热详尽地阐述远红外加热要旨，最后结合远红外加热食物等的应用实际，阐明了远红外加热技术的特点，指出了远红外加热技术工业用或民用的庞大市场和广阔前景。

关键字：远红外加热；辐射；原则；节能；应用

Far-infrared Heating Technique and Application

Abstract: In the paper, we point out that the characteristic of the far-infrared heating technique in terms of the theory of infrared radiation; the principle of far-infrared heating technique is outlined. As a result, the far-infrared heating become more important in the future.

Key words: far-infrared heating; radiation； energy conservation； principle；application

1.前言

远红外加热技术，就是利用远红外辐射热能加热物品的工艺过程，其能量传递方式是热辐射，这种热能传递方式具有以下特点①：

1)辐射能在辐射源与被加热物体之间以光速行进传播，能量传递速度极快，为3×108m/s，

介质损耗很小，远红外辐射能量被物质的分子吸收，不受物质表面层的阻滞作用，加热速度高。

2)远红外辐射加热过程中，能保持物体中挥发物的扩散方向一致，从而保证加热质量。

3)红外线和可见光一样，都作为横波在空间传递，都是按直线传播行进的。

上述特点决定了该项技术具有耗能低、加热速度快、加热质量高等特点，引起人们的高①热辐射传递特点参考胡亚范的《远红外辐射加热技术节能原理与应用》

度重视，因此研究远红外辐射特性和应用开发有着广阔的前景。本文重点讨论远红外加热技术的基本原理及其应用。

2.远红外加热的基本原理

2.1.红外辐射的定义

红外辐射也称作红外线，是介于可见光红光端与微波之间的电磁辐射，其波长范围是从0.75μm-1000μm之间，是人眼看不到的部份②。远红外线又称长波红外线，其波长范围从5.6μm 至1000μm③。

2.2.红外吸收光谱

红外吸收光谱是一种分子吸收光谱④。

分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱。

几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收，凡是具有结构不同的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱。

2.3.红外辐射吸收机制与吸收条件⑤

质点的运动都有自己的固定频率。当遇到具有某个频率的红外线辐射时，如果红外线的频率与基本质点的固有频率相等，则会发生与共振学中共振运动相似的情况，质点会吸收红外线，并使运动进一步激化；如果二者的频率相差较大，那么红外线就不会被吸收而可能穿过。基本质点吸收红外线由一个能级跃迁到另一个能级，必须满足玻尔的量子条件，即：

E m - E n = hv mn

上式中E m为高能级能量、E n为低能级能量、v mn为红外线频率。

基本质点不具备上式的能级，则不会吸收频率为v mn的红外线。

对红外线敏感的物质，其分子、原子吸收红外线后，不仅会发生能级的跃迁，也扩大了以平衡位置为中心的各种运动的幅度，质点的内能量加大。微观结构质点运动加剧的宏观反映就是物体温度的升高，即物质吸收红外线后，便产生自发的热效应。由于这种热效应直接

②红外辐射的定义引用自侯峙云的《红外技术基础与应用-1》

③远红外线的定义参考孙永茂等的《传统加热与远红外加热技术的应用对比及浅析》

④红外吸收光谱引用自百度百科的《红外光谱》

⑤红外辐射吸收机制与吸收条件参考百度百科的《红外线》

产生于物体的内部，能快速有效地对物质加热。

2.4.物质对远红外辐射的选择性吸收

1)物质只对能满足其分子产生高、低两个能级跃迁的远红外辐射产生吸收，其频率不能满

足条件的远红外辐射则不被吸收而穿过。

2)由于物质分子的吸收能级很多，各个能级的跃迁差异不等，因此实际的吸收不是单一的，

而是复杂的，并伴有多种能级跃迁的吸收过程。

2.5.红外辐射与吸收的匹配

1)选择性辐射：辐射加热需要辐射源，辐射源产生的辐射不是所有波长的辐射强度都相等，

辐射能力按不同波长而有所变化的辐射称为选择性辐射。

2)匹配辐射加热：当物料的选择性吸收与辐射源的选择性辐射一致时，称为匹配辐射加热。

3)日本学者细川秀克等曾提出过理想匹配的模型。所谓理想匹配是指辐射源与被加热物料

具有完全相对应的光谱，这样，辐射能将全部被物料所吸收，成为无损失的理想辐射加热。理想匹配模型如下图所示：

2.6.远红外加热技术的加热效率

2.6.1.红外线的吸收、反射与透射性

红外线遵循可见光的传播规律，它也是按直线传播，并服从反射、透射和吸收定律。当红外线辐射到物体表面时，一部分在物体表面被反射，其余就射入物体内部。而射入物体的