毕业设计(代冬冬).doc 82页

'哈尔滨理工大学学士学位论文YHL150—14—G拱形软基节能远红外烘干炉辐射场及结构设计摘要这篇论文以节能优化为目的采用抛物面反射的远红外辐射装置进行系统的分析得出最佳的结果，并且也对测试面的吸收特点进行处理分析，通过大量的数据分析计算出测试面所需的最佳温度以及对应的最佳匹配度。本次设计的内容就是利用远红外辐射加热根据对象不同的干燥加热而设计的拱形软基炉。本论文的设计重点是辐射场的优化。空间温度分布不均是影响辐射效率以及效果的重要因素，因此在论文中首先建立了直照度的模型并对微元环进行了直照度分析；其次，根据直照度的分析模型建立反射照度模型。基于直照度的模型。最后，对比分析直照度、反射照度各自的影响因素并对他们综合因素的影响得出有用结论。有关红外技术的研究，在分析当前红外辐射吸收设计理论和应用的基础上，提出了最佳的匹配吸收设计方案[1]。对于工程背景，比较了软基涂层热风干燥与红外线干燥的特点，分析了红外干燥优点和难点以及必须解决的问题，研究确定了符合最佳匹配的元件表面温度；进行了满足辐射场要求的辐射器的科学布置，设计了简单低廉的温度控制以及带基保护的机、热连锁结构和参数，取得了节能、提高生产率和提高产品质量的多重效果[1]。取得的结果也可以作为其他远红外辐射节能加热设计时的参考。本论文还对整个模型进行了结果分析和一些必要的讨论，得出了一些有用的结论对用于实际生产是很有帮助的。本论文解决的主要手段是利用计算机编制程序进行大量的计算得出目标要求的结果，这里我采用Matlab7.1编制程序。论文主要作出模型的可视化以更形象的表达主要思路。关键词最佳匹配吸收方案；节能；远红外烘干；均匀度；辐射场优化；软基涂层--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文YHL150-14-Genergy-savingRadiationFieldandFarInfraredDryingFurnaceArchSoftFoundationStructureDesignAbstractThispaperforthepurposeofenergysavingoptimizationusingparabolicsystemdeviceoffarinfraredradiationandtheanalysisofthebestresults,andalsototesttheabsorptioncharacteristicsoftheprocessanalysis,byanalyzingalargeamountofdatatocalculatetheoptimumtemperaturerequiredforthetestsurfaceaswellasthecorrespondingoptimalmatchingdegree.Thecontentofthisdesignisusedaccordingtodifferentobjectsoffar-infraredradiationheatingdryheatingfurnacearchdesignedsoftfoundation.Thedesignkeyofthispaperistheoptimizationofradiationfield. Spatialtemperaturedistributionaretheimportantfactorsinfluencingtheradiationefficiencyandeffect,sointhethesis,firstofall,theestablishmentofadirectilluminationmodelandthemicroyuanringwasdirectilluminationanalysis;Secondly,accordingtotheanalysismodelofdirectilluminationreflectedilluminationmodelissetup.Basedonthemodelofdirectillumination.Finally,thecomparativeanalysisofdirectillumination,reflectionintensityofilluminationeachinfluencefactorsandcomprehensivefactorstothemdrawusefulconclusions.Studiesofinfraredtechnology,basedontheanalysisofthe--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文currentdesigntheoryandapplicationofinfraredradiationabsorption,onthebasisofproposedthebestmatchingabsorptiondesign[1].Coatingforengineeringbackground,comparesthesoftfoundationofhotairdryingandinfrareddryingcharacteristics,analysestheadvantagesanddifficultiesofinfrareddryingandmustsolvetheproblem,researchdeterminestheoptimummatchingcomponentsconformtothesurfacetemperature;Madetomeettherequirementsoftheradiationfieldoftheradiatorscientificlayout,designasimplelowtemperaturecontrolaswellasthebasetoprotectmachine,hotchainstructureandparameters,theenergysaving,increaseproductivityandimproveproductqualityofmultipleeffect[1].Theresultscanalsobeasotherfar-infraredradiationheatingenergy-savingdesignreference.Thispaperalsotothewholemodelwereanalyzedtheresultsandsomenecessarydiscussions,someusefulconclusionsaredrawnfortheactualproductionareofgreathelp/veryhelpful.Inthispapertosolvethemainmeasureiscalculatedusingacomputerprogramforalotofgoalsandobjectivesofaresult,hereI7.1programbasedonMatlab.Papermainlymakeamodelofvisualizationtomoreimageexpressionofthemaintrainofthought.KeywordsThebestmatchtoabsorb,Energysaving,Farinfrareddrying,Uniformity,Radiationfieldoptimization,Softcoating.--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文第1章绪论1.1课题背景与机理远红外加热技术兴起于70年代初，在第二次世界大战期间，广泛应用用工业生产、科学研究以及军事领域，尤其是局势方面比较突出，例如红外侦察、红外夜视、红外制导、红外成像制导、红外音声等,这些都是现代战争和未来战争中必不可少的战术和战略手段。其次，它是重点推广的一项节能技术。远红外加热器有板状、管状、灯状和灯口状几种，所用的能源以电能为主，但是也可以利用煤气，蒸汽、沼气和烟道气等，利用这项技术提高加热效率，重要的是要提高被加热物料对辐射线的吸收能力，使其分子振动波长与远红外光谱的波长相匹配。因此，此项及时在利用的过程中，我们要按照“因材施用”的原则，根据被加热物的实际要求来选择合适的辐射元件，合适的辐射涂层材料，以及要注意改善加热体的表面状况。与传统的蒸汽、热风和电阻等加热方法相比，红外加热具有一下五个常见特点：加热速度快、新产品质量好、设备占地面积小、节能节约和加热效率高等优点。根据实际调查我们可知道，用它代替电加热，一般可节电30%左右，在有些场合甚至可达60%～70%。为此，这项技术已广泛应用于油漆、塑料、食品、药品、木材、皮革、纺织品、茶叶、烟草等很多种制品或物料的加热熔化、干燥、整形、消费、固化等不同的加工要求。在早期应用中，用红外灯泡作为辐射源，由于受到种种限制，只能作为近红外能辐射源，再后来，日本科学家研究出来氧化镁管和碳化硅板，红外加热效果得到比较明显的提高。一般认为，对木材、皮革、油漆等有机物质、高分子物质及含水物质的加热干燥，其效果最为显著。在一些场合，这项技术与硅酸铝耐火纤维保温材料同炉应用的效果甚佳。远红外加热技术是一门新兴科学，近几年随着远红外生产品种和数量的不断增多，它的应用领域也不断扩大，远红外加热技术日益引起人们的重视，因此研究远红外辐射材料和应用于发有着广阔的前景。随着工业和科学技术的高度发展,能源的供需矛盾日益加深。日本由于缺乏能源资源,对节能技术给予高度的重视。日本在1964年开始研制远红外辐射元件,70年代初已广泛应用于生产,从此远红外加热技术迅速发展成为一个新兴领域,由于其明显的节能效果,越来越多的国家重视这一技术的发展和应用。经过许多科技工作--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文者的研究,先后制造出了比温度计灵敏度高的多的红外探测器、人造红外辐射源、精密的红外光谱分析仪器——红外光谱仪。目前探测器的灵敏度可以比普通的水银温度计高1万倍;利用激光技术生产的红外束,可使照到样品上的功率密度比太阳能高1亿倍;红外光谱仪分解光谱的性能也比牛顿分光法高出1千倍[1]。远红外辐射材料的节能原理为：远红外辐射材料对其它能量的有效转换和被加热物质的分子振动所吸收，而达到加热、干燥等目的，它具有节能、加热升温快，无污染，热效率高等特点，可广泛应用于纺织、印染、机电、印刷、玻璃退火、食品加工和医疗保健、民用炊具、取暖设备等方面，我们所研制的远红外陶瓷辐射材料用在铝制品的涂层上，其节时率达40%以上，热利用率增量为35%左右，节能率80%以上，是一种理想的高效节能材料。在我国，远红外加热技术的应用，从碳化硅、金属管、电阻带、陶瓷、半导体、搪瓷等元件到80石英管、镀金石英管、微晶玻璃灯等元件,再到目前的远红外定向强辐射器，中国的远红外加热科技在中国科学家的努力下，经过了三个阶段的发展已经逐渐成熟，而且远红外元件电能辐射转换效率由从前的40～50%提高到78%以上，烘道、烘箱由密闭、保温型发展到开放型。在当前我国国庆的基本情况下,远红外加热水平的提高,在节能和提高加热干燥物质量方面具有十分重要的意义。远红外加热理论：发热体的辐射光谱与吸收体的吸收光谱曲线相匹配时，热效率最高。只有当被加热物的厚度在红外光谱测量厚度时，远红外的匹配吸收理论才正确。本课题是设计YHL150-14-G烘干炉。它具有这些优点：（1）工件通过速度快；（2）强辐射，完全辐射（对流不记），烘烤均匀，成品效果佳等特点。由于强辐射、通过速度快，所以本课题要求所设计的远红外烘干炉要求工件所处的温度场很均匀。1.1具体设计思路--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文本课题设计通过热电偶测定炉内温度，并用可控硅自动控温，同时注意符合辐射吸收的定向集中辐射、最佳光谱匹配和最佳综合效益原则。在设计中，可调节最佳辐射距离。在处理最佳均匀温度场时，在确定最佳辐射温度的前提下，利用受热物体任意点处的温度与辐照度成正比的关系，通过比较空间任意点的辐照度，寻找几个点的辐照度中插值最小的辐射器的距离，并进行调节、比较，寻找最佳辐射器间距，最终达到辐照度近似均匀一致。由于本部分计算量特别大而且复杂，在本设计中有很大的比例，需要计算内容也很大。1.1红外节能原理高温远红外加热的核心技术是高温红外涂料的研究与应用。其节能机理简单地说有如下三点：(1)热传递的基本方式，即传导、对流、辐射。当炉体温度在900以上时，热量传递给炉膛，热辐射是对流的15倍，热量传递以辐射为主，约占90%以上，高温物体的热能传入低温物体。当炉窑耐火砖内表面涂上该涂料后，该涂料涂层与原耐火砖相比，从0.6～0.8上升到0.98，这时炉内表面吸热量大大增加。但由于涂料本身在高温下辐射率高达97%，根据波尔兹曼四次方定律，即物体表面热辐射能力与其绝对温度的四次方成正比。随着温度的升高，炉内表面热辐射能力即以四次方的数值跃增，从而使炉堂内的热效率显著提高，达到节能的目的。由于炉内温度升高，燃料的燃烧更加充分，节能效果因此更显著。(2)高温远红外涂料由强辐射材料组成，高温下辐射远红外波，这些红外波的穿透能力极强，能穿透被加热物体和燃料本身，使被加热物体里外层同时受热。穿透燃料里层时，使里层的燃料分子吸收红外波而产生能级跃迁，放出能量，加速燃料的燃烧，改善燃料的燃烧状态，达到节能的目的。(3)由于炉堂内壁涂了远红外涂料后，涂层表面温度显著增加，但它本身的吸收热量很少，只有耐火砖的1/10，大部分热量被它辐射回来，使炉内温度明显提高。根据实际应用的情况来看，一般提高50～100。由于辐射作用，炉内热风产生循环，冷空气产生逆流，其烟气在炉内停留时间增加，产生二次燃烧，排烟温度降低，热损失减少，从而提高了热效率。总之，各类高温窑炉内壁刷涂高温远红外涂料后，可减少炉壁热损失，提高炉内热辐射；同时被加热物体的热吸收性能也相应得到改善，从而提高了加热效率，达到节能的目的。--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文第1章辐照度1.1问题重述及讨论如图2-1所示，计算管状辐射元件安置在抛物面型反射罩中对测试面上任意一点的辐照度，其中抛物面开口宽度为，深度为，管状辐射元件长为，测试面为曲面，半径为R，辐射元件半径为（如图2-2）。目标要求在多个抛物面和辐射元件组合下，图2-1红外辐射简易装置图2-2红外辐射平面示意图--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文调节y和y0(见图2-3)使测试面上受热比较均匀；其次选择最适合的温度使测试面的吸收程度最高，即最佳匹配吸收。本论文中取，，，，测试面垂直轴且到坐标平面距离为，测试面上的涂料为二甲苯溶剂。图2-3辐射器与反射罩位置调节图由目标要求可知，先要在满足最佳匹配吸收的条件下来获得辐射元件的最佳温度，其次用微分几何来解决测试面上任意一点的辐照度问题。很显然，用全部抛物面和辐射元件来推导对整个测试面的辐照度是相当复杂的，因为整个反射面不能用一个具体的函数来表达且y和y0的调节使得它们不断变化，因此我们从抛物面群中取出一个抛物面，再在辐射元件上取一个微元环，建立微元环对测试面辐射的几何模型，最后进行叠加就可以了。1.1模型假设（1）辐射元件为光滑的管状元件，其表面的辐射度均匀且为理想的朗伯源；（2）只计算辐射元件产生的辐照度，但被辐射元件本身遮挡的部分不计，而且有其他处产生的辐照度忽略不计；（3）反射罩的反射率为1，轴通过辐射元件的中点，加热管平行于轴，工作表面垂直于轴；（4）辐射元件只对测试面上长为，宽为--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文的范围内起主要贡献作用，对于范围之外的贡献可忽略；（5）均匀度比较时只计算核心区域，边沿处不考虑；（6）抛物面的长度远大于辐射元件的长度；（7）本论文中只考虑远红外辐射，对流不予考虑。1.1符号说明表示抛物面的开口宽度；表示抛物面的深度；表示辐射元件的长度；表示辐射元件的半径；表示两辐射元件之间的距离；y0表示辐射元件轴心距抛物面顶点的距离；表示吸收物质的波长；表示涂料的光谱吸收率；表示自然对数的底；表示所吸收的辐射能量；表示光谱辐射力，；表示黑体的热力学温度，；表示温度为的物体的黑体辐射力；表示辐射元件的直辐照度；表示辐射元件的反射照度；表示一个微元环的直辐照度；表示辐射元件上一点到测试面上一点的距离；表示一点对测试面上一点的反射照度。1.2模型建立1.2.1最佳匹配吸收--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文由于不同物质有不同的红外吸收光谱，各种涂料的吸收光谱主要是用仪器测量得到，结果表明吸收率随波长变化而变化；由仪器描绘的吸收曲线极其复杂，难以用具体的函数来表达，为了解决这个问题我们可以采用曲线拟合或将其简化成折线，这里我们采用多个小段的折线代替吸收曲线。对于二甲苯我们取47个点如下页表2-1所示。表2-1二甲苯的吸收光谱波长2.863.083.333.373.423.53.563.624.135.02吸收率86706070712409.5波长5.415.675.886.256.326.436.626.716.876.96吸收率27210572030706070波长7.147.287.538.338.568.738.879.169.249.32吸收率30401052482092810波长9.651010.181111.2211.4511.6511.712.3412.65吸收率391013522102851050波长12.7913.0713.2513.7514.114.4715.36吸收率30855179507430将上表中的点依次首尾相连得到模拟吸收光谱图(如图2-4)，得到吸收光谱后我们就可以选取最适温度使二甲苯的吸收最大。--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文图2-4二甲苯的吸收光谱曲线对于任意一段折线我们建立这一段的方程：（2-1）有量子力学理论得到的普朗克定律：（2-2）式中：表示光谱辐射力，；表示波长，；表示黑体的热力学温度，；表示自然对数的底；表示第一辐射常量，其值为；表示第二辐射常量，其值为。由此给定温度后就可以得二甲苯的全部波长范围内的吸收辐射能量：（2-3）式中表示所吸收的辐射能量。--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文从而，相对匹配度为：（2-4）式中表示温度为的物体的黑体辐射力，，。对上的推导我们可以对不同的温度求出相应的匹配度，然后找出最佳匹配度，具体做法：将温度赋予初值300，以1为步长逐步增加到700，用计算机拟合得到的结果如图2-5所示：图2-5相对匹配度曲线从上图得到，最佳匹配吸收点是在温度为426时获得，此时对应的相对匹配吸收为0.17989。到这里我们得到了所需的最佳温度，下面将进行测试面上均匀度分析。1.1.1红外线加热器的辐照度计算从简易模型可知，照射到测试面上某点的红外线来自两个部分：一部分是由辐射元件发出直接照射到点；另一部分是由辐射元件发出经反射罩反射后照射到点，因此照射到点的辐照度(记为)是由辐射元件发出直接照射到点的辐照度(后称为直辐照度，记为--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文)与辐射元件发出经反射罩反射后照射到点的辐照度(后称为反射照度，记为)之和，即有，。管状辐射元件是一柱面辐射源，柱面的大小与抛物面相比不能看作无限小，因而不能将其看作点光源；由于反射罩的存在，也不能将其看作线辐射源。因此我们将热源件表面先分割成多个小微元环，在将一个环分割成一些小微元面，可将近似看作一个点辐射源，计算出对点的辐照度，然后对整个圆环进行积分，最后将全部的微元环进行叠加，这样就得到了整个测试面上的辐照度，当然点的辐照度也就知道了。1.1.1直照度的数学推导在辐射元件上任意取一点，在附近取一小微元，则由兰贝特定律和辐射定律可知，在测试面上点处的直辐照度为：图2-6直照度（2-5）式中是辐射元件表面处的定向辐射强度，l是，两点之间的距离，为处辐射元件表面外法线与所成的夹角，为测试面上点处法线与所成的夹角。(如图2-6)由假设可知，定向辐射强度是一常数，其大小为：L=M/，是辐射元件表面的辐射强度，因而（2-5）式为：--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文（2-6）对此式进行微元环上积分，就得到一个微元环对点处的直辐照度，因而有：（2-7）式中表示一个微元环的直辐照度。由我们的假设，上式可以简化为：式中：，，，，为测试面点处的法线与轴夹角，R为测试屏半径。由最佳匹配度吸收原则可知，测试面上的最佳温度为426，因而我们设计的辐射器温度应在400—450，在这里我们暂取选取700。热元环的宽度选取0.001，，测试面距原点的距离为0.4，圆环的圆周上以为步长，圆环的圆心为(0，0.04，0)，抛物线的开口为200，深为100，测试面上以边长2的正方形中求一个热元环对各点的直辐照度如下页图2-7所示。--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文图2-7微元环的直照度从上图可以看出，辐射能量大部分是集中在中心区域；在方向受到抛物线开口的限制，测试面上的辐射只能在约(-0.5，0.5)范围内有效；在方向离中心较远处辐射能量约为0(约是在0.0083~0.0099)，而最大值约为0.6838，远大于边沿地区，这样说来两个相隔一定距离的微元环就影响很小，最后将全部的微元环进行叠加，就是一根辐射元件对测试面的直辐照度如下页图2-8所示。图2-8单根热元件的直辐照度--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文正如分析所说，叠加的结果是相当令人满意的。他们的误差也可以忽略不计，在实际生产过程中从方向来说，利用1范围内，也就是说边沿地区不是利用的主要区。因此在做微元环对测试面的辐照度时，仅考虑正对面的1的长形区域就满足了。1.1.1反照度的数学推导如图2-9所示，任取辐射元件表面上某点，设有一束射线沿方向发射，经反射罩反射后沿方向照射到测试面上某点，假设由点沿以立体角发射的射线经反射罩反射后照射到测试面点附近微元上，则由辐射定律和兰贝特定律可知，由处微元沿照射到上的辐射功率为：图2-9反射辐照度模型式中表示点处的定向辐射强度，为辐射元件表面处外法线与向量a所成的夹角。同样，由我们的假设上式可以写成：--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文，式中是辐射元件表面的辐射强度。由辐照度定义可知，点处沿经反射罩反射照到处的反射辐照度为：（2-7）式中：，，，为向量a与辐射元件表面处法线所成的角。对上式进行积分，即得到由加热管发射经反射罩反射照到点处的反射辐照度，即：（2-8）式中是辐射元件表面反射罩反射可看见点的区域。由于红外线辐射线的反射也满足光的反射原理，所以有式中是沿发射的红外辐射线照到反射罩上点处反射罩表面的单位法矢量。--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文由上式我们可以解得：根据反射罩表面的柱面方程，对已知的可以求出点，利用其他的关系式求出，再由测试面方程求出点，这样我们就可以得到，及关于的函数关系式。对于给定的测试面上的点，利用函数关系式可以求出，，因而就可以计算出辐射元件的反射辐照度。1.1基于直照度上的反照度几何模型由上面反照度的数学推导可知，表达是比较繁琐，这给计算机编制程序带来了一定的困难，因而我们基于直照度的表达式来建立反射照度的几何模型。如图2-10所示，首先，由于红外线辐射遵守光的反射原理，我们可以将测试面上点处的以切平面为镜像到，这样在微元处就相当于Pt点直接照射到处，因而处的辐照度就可以用直照度的公式了。对于给定一个角时，在这一点所能照射到的抛物面范围最终能得到一个镜像曲面，如图2-11所示，这个曲面上的任意一点都对应着测试面上一点，且由图可以看出由一点发出的射线不能相交可知，它们之间是一一对应的关系。图2-10反射辐照度--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文图2-11镜像辐射面设表面反照度的方程为：辐射元件的表面方程为：式中为辐射元件的半径。在给定一个值时，就是已知的，为，为，这样每照射到点就对应着一个，由可以得到以下关系式：--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文式中为一常数；从以上三个关系式，给一个点，就可以联立解出一个点。在直照度计算中已经推导出一点对测试面上的辐射照度，再反照度里其表达式为：式中表示一点对一点的辐照度。由我们的假设，上式可以简化为：式中：，，，或为测试面点处的法线与轴夹角，。和是测试面上的一点以抛物线切线为对称轴的对称点。计算出微圆环对测试面的反射辐照度后，把所有的圆环叠加后就得到一根辐射元件的反射辐照度。--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文在这里我们暂取选取700。热元环的宽度选取0.001，，测试面距原点的距离为0.4，圆环的圆周上以为步长，圆环的圆心为(0，0.04，0)，抛物线的开口为200，深为100，抛物线的焦点为0.025，测试面上以边长2的正方形中求一个热元环对各点的反射辐照度(如图2-12)。从图中可以看出，辐射量的分布正好与微元直照度相反，中间低两边高，这样对于他们的叠加后均匀度有好处，至少在边沿处可以使能量分布较均匀，而且也可以看出尽管我们在测试面上取了较大的范围，但在热管轴线方向能量是比较集中的，这跟圆环的圆心坐标有关，在后边我们将给予说明；在左下图中，我们可以看出均匀度不好，尤其是在中间，能量时高时低交替变换，微圆环的叠加可以消除一些不均的现象，在后边我们将叠加并作出图形给予讨论；在右上图中，很明显表现出各处能量的不均匀现象；右下角是微圆环反射照度的三维图形。图2-12微元环的反射照度--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文在这里我们也将上图中的微圆环进行叠加。由于测试面上的步长为0.01m，为了简便我们的热管上叠加步长也为0.01m，叠加100次得到如下图形(如图2-13)。图中显示，在测试面上热管轴线方向的辐射是比较均匀的，且能量主要集中在中心区域，由于抛物线反射罩具有聚集能量的特点，所以与直照度相比，经过反射的能量时较集中，这样能量损失也就较小(因为我们只利用核心区域，边沿不考虑)，换句话说，在一定条件下，充分的利用反射罩对我们的辐射设计是有好处的；在垂直热管轴线方向，仍然不均的现象，从直照度的图中大约可知，叠加后可以消弱不均的现象但不能消除。在右上图中可知，在轴线方向，辐射均匀，有条纹就体现了不均，特别在中间也就是热管的正对面，有一小块能量很高，这会产生不良的结果，实际上这就是我们所说的“射差问题”，后边将给与一定的讨论。右下图是单根热管反射照度叠加后的三维图形。解决不均的现象就是我们的优化设计的问题。图2-13单根热管的反照度为了更好的解决测试面上不均的问题，下面我们将直照度和反射照度进行叠加，从叠加的结果来分析解决的方法(如图2-14)。下图就是在温度取700K，r=0.01m，测试面距原点的距离为0.5m，圆环的圆周上以为步长，圆环的圆心为(0，0.04，0)，抛物线的开口为200mm，深为100mm，抛物线的焦点为0.025m，测试面上以边长2m--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文的正方形中求一个热管对各点的辐射照度。测试面划分成以0.01m为边长的小网格，在下图中也分别从平行于热元件的轴线方向和垂直于轴线方向描绘出微元环的反射辐照度，其次给出了从顶端看的等辐射线。从上图可以看出，叠加后不均现象仍然存在，且在热管的轴线方向不均加剧了，由兰贝特定律可知，直照度在边沿中的贡献大不好，从这里也可看出，测试面上的能量最好是通过反射罩获得，当然要在一定的条件下，这样不但可以减少能量的损失而且还增加了均匀性，至于垂直轴线方向的情况，要通过多根热管来削弱，必须保证不产生射差问题。图2-14单根热管的总辐照度以上图中的情况为例，可能会产生射差问题也可能不会，就看在所照的对象传热程度，热在高辐射区热量很快传开这就不会产生射差问题，如果传热速率很慢，射差问题就可能产生。在图2-13与图2-14右上角图中相比较，在核心区域均匀度增加了。1.1两根管的叠加--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文当辐射元件及相邻两个反射罩的位置参数取得一个理想值时可使测试屏上获得的总辐照度足够均匀，而且其所获得的辐照度来自两根辐射管，不受第三根管的影响，也即第三根管的辐射能根本到达不了测试屏。这样辐照不均匀现象消除，避免了局部过热而损坏烘干对象，可以保证烘干质量和效率，此时的辐照度分布如图2-15。图2-15两根管叠加的总辐照度1.1优化设计本设计是在理想状况下设计，然而，理想情况几乎达不到，但是为了保证烘干质量和效率，我们需要找出在现有条件所能达到的最优值，也即使辐射热损失降低到所能满足的最小值，使到达测试面的能量尽可能均匀。在第一章中我们提到，衡量均匀程度的标准为方差值，为此编制了在y和y0变换的时候计算各个方差的程序。y的范围取0.2—0.25，步长取0.01，其所对应的方差值为：eee=1.0e+005*1.00340.98590.96220.94650.93020.9135由此可知随着y的增加方差逐渐减小，方差越小越均匀，可取。的范围取为0.02—0.08，步长为0.005，其所对应的方差值为：--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文eee=1.0e+005*Columns1through80.49590.62840.77841.00370.91370.90040.87670.8664Columns9through130.85370.85090.85370.85980.8672由此可知随的增加方差值首先增加而后减小，但是当的时候方差最小，故取。1.1辐射器与走带机构的连锁控制软基涂层的最大工艺难度是基底耐温能力差。当走带停止时，带基在辐射器的直接照射下，容易产生皱褶损坏带基。由于温感元件测量的是炉内的温度，其温度的升高必然会滞后于带基。即便是能够直接测量工件表面的温度，温度的测量与控制也不可能绝对同步。由于带基对温度的极端敏感性，所以保护带基不能依靠温度的调节。为此，我们电路中加装了辐射器与走带机构的连锁控制，当走带机构停止时，加辐射元件即刻停电，由于所选的加热器的热惯性小，故其表面温度下降很快，不至于损坏带基。当走带开始后，加热器才通电，从而确保带基不被考坏。因此在电路中需要利用时间继电器，综合性能分析，选择型单结晶体管电子式时间继电器（如图2-16）。电路左边部分是电源，经整流和滤波后的电压加在晶闸管和继电器线圈串联的电路上。再经稳压二极管和电阻稳压后的电压加在右边单结晶体管的触发电路上。也是滤波电容。延时从接通电源开始，而后分，和，，两路对电容充电。一路阻值小，进行快速预充电，一路在预充电的基础上充到上电压上升到等于单结晶体管的峰点电压时，单结晶体管导通，向放电，在上形成一个脉冲电压，触发晶闸管导通，继电器线圈通电，断开动断触电，氖指示灯起燃，延时结束。同时动合触点闭合，迅速放电。断开电源，继电器线圈断电，恢复原状。--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文图2-16走带机构的连锁控制图1.1本章小结本章分别讨论了以下五方面的内容：(1)微元环对测试面的直照度和反照度；(2)单根管对测试面的直照度、反照度与总照度；(3)两根管对测试面的总照度；(4)匹配度与辐射场的优化处理；(5)辐射器与走带机构的连锁控制。--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文第1章烘干炉设计方案1.1结构尺寸设计(1)工艺流程及技术要求自装配线来——加热——挥发——固化——下线黏胶带的宽度不妨为，黏胶带的行走速度为。黏胶带在炉内的烘烤时间为。烘烤面积为(2)烘干炉的生产效率按照烘烤表面积(3)拱形的类型及有关参数烘炉类型为箱式烘炉，一端有门，受热车体沿着一定的坡度固定在EF的铁板上，关上炉门进行烘干。(4)车间温度常年波动范围(5)炉壁采用薄壁结构，取厚度为，外壳采用包装薄铁皮，内壁采用的薄板，中间填塞矿棉扎，用角铁做骨架，炉膛外部不可以调。无炉门(6)通风炉体顶部开有送风口，每2个辐射器外套中间设一组送风管.一组送风管为4个内径为160mm的圆形管送风。炉体底部设有若干组排风口.每组为2个内径为160mm的圆形管排风，可调阀门引出炉膛后又竖直排风管，自然抽风。--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文(7)测温在炉体上每隔一定的距离开有测温孔，插入热电偶，油控温仪表自动进行控制。1.1远红外参数（1）温度T1的确定由编制的程序得最佳辐射温度为T1=426K，匹配度为0.17989（2）辐射管的选择采用石英管作为辐射管，由于强辐射温度极高，所以远红外涂料不予考虑。（3）被加热物的最佳烘干温度由《远红外辐射加热技术》表2-17查知绝缘漆的最佳加热温度为150—170C，选取T2=160C。（4）距离系数f1的选定由于辐射距离为400mm，两侧辐射管中心距为800mm，由《远红外辐射加热技术》表2-19，取距离系数f1=0.234（5）射角系数f2的选择角系数忽略不计。(6)匀度系数f3的估算由于强辐射要求有非常均匀的温度场，炉内辐照度近似均匀一致f3≈0.96（7）满度系数f4的估算满度系数在普通的箱式烘炉中，工件白的很密，一般取经验公式f4=0.95（8）介质动态系数f5的选定介质动态系数一般按经验取f5的值在0.8～1之间，取为0.90。1.2辐射器单支功率，支数及其布置设计布置52支辐射管，4支辐射管选为一组，共分13组，辐射器单支功率为3.17kw、型号取为一致，管径均取20mm，管长均为1000mm。--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文1.1.1各个辐射管的表面负荷根据辐射管在炉膛不同高度上的达到327C，查图2-13，由曲线1得出表面负荷为.1.1.2辐射管的单支功率1.1.3总支数和总功率的验算2.88×52=150（kw）1.2烘干炉其他设计1.2.1辐射涂料的选取由于本课题采用强辐射而忽略对流因素，故温度要求较高，而以烘烤汽车为例，经选择优化，需要热惯性小，减少升温时间和防止停车后产生的烘焦问题，最后采取石英管作为辐射管，而涂料不记。1.2.2反射罩的选取由于反射罩要求有较高的反射率，能耐热、耐腐蚀，并且有良好的机械强度及经济性，故采用渡铜的抛光不锈钢制成，又考虑到抛物线反射罩比平面反射罩效率高30%，于是外型采用抛物线型，反射罩开口：200mm深：100mm厚：5mm1.2.3辐射加热装置及辐射器的组合与工艺布置辐射加热装置有石英远红外辐射器和不锈钢反射罩组成。如果加热炉工件表面的辐照强度处处相等，则加热质量不难保证，根据辐照度的均匀性主要决定于炉内辐射器的组合方式和工艺。--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文1.1.1热电偶的布置为了实现温度的均匀性，热电偶作了两种不同的测温。其一是炉膛空间的温度（左右各两支），其二是辐射对于烘干炉，当可燃气体集中挥发时，必须迅速用风机抽出气体以保证安全，抽出气体进入催化燃烧装置，从催化装置出来的气体再送入炉膛，以减少能量损失。1.1.2通风控制对于烘干炉，当可燃气体集中挥发时，必须迅速用风机抽出气体以保证安全，抽出气体进入催化燃烧装置，从催化装置出来的气体在大于炉膛，以减少能量损失。1.1.3炉体保温远红外线辐射加热虽以辐射加热为主，但对炉的保温隔热也很重要。有些烘炉的温度可以达到50~60度以上，这样经炉壳散失的热量将占总功率的20%以上。为提高加热效率，尽量减少炉体热损失设计应考虑的以下几点：（1）按定向集中的原则设计，尽量避免由炉内壁向外散热；（2）加强炉壁的反射；（3）提高炉墙的热阻，减轻炉墙的自重，采用高温绝热材料保温，主要原因是价格便宜，重量轻；（4）烘干炉的铁板外壳导热快，散热好，因降低烘干炉外表面的温度；（5）尽量减少炉体尺寸和总重，以减少自身蓄热和散热面积。1.1.4炉温控制一般烘干炉都是控制炉温以代表工件的温度，而远红外线辐射则应控制辐射器温度，用热电偶测出炉膛各处的温度。用位式控制仪控制温度1.1.5反射装置设计为了获得管状热管的辐射线，采用抛物面型的反射罩。抛物线顶点应取在坐标的原点上，其焦距在距顶点--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文处。由于辐射器不是单一的点光源，为了获得较多的平行光，应将热管的中心由焦点向内移0.005m，由于辐射器的温度为426K，宜用表面光洁的铝板，其表面越光洁，反射率越高。1.1本章小结本章主要讨论了以下三方面：(1)烘干炉结构尺寸设计；(2)烘干炉一些构件的选取，例如，选取辐射管功率的大小，辐射管的分组及其布置；还有通风装置的布置等；(3)远红外参数的选取。--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文第1章程序部分1.1光谱曲线程序：说明：以下程序均在MATLAB7.1下编制.M文件生成。xx=[2.86,3.08,3.33,3.37,3.42,3.5,3.56,3.62,4.13,5.02,5.41,5.67,5.88,6.25,6.32,6.43,6.62,6.71,6.87,6.96,7.14,7.28,7.53,8.33,8.56,8.73,8.87,9.16,9.24,9.32,9.65,10,10.18,11,11.22,11.45,11.65,11.7,12.34,12.65,12.79,13.07,13.25,13.75,14.1,14.47,15.36];y=[8,6,70,60,70,7,12,4,0,9,2,7,2,10,57,20,30,70,60,70,30,40,10,5,24,8,20,9,28,10,39,10,13,5,22,10,28,5,10,50,30,85,51,79,50,74,30];x=xx.*10^(-6);plot(x,y,"-d");title("二甲苯的吸收光谱曲线");xlabel("波长λ/m");ylabel("吸收率K(%)");gridon1.1黑体光谱辐射程序sigma=5.67*10^(-8);%黑体辐射常数c1=3.742*10^(-16);%第一辐射常量c2=1.4388*10^(-2);%第二辐射常量fori=1:1:15t=i*100;%光谱辐射温度j=0;forlambda=0:.01:10;%光谱辐射力的波长j=j+1;Eblambda(i,j)=c1.*(lambda*10^(-6))^(-5)./(exp(c2./((lambda*10^(-6)).*t))-1)*10^(-18);%普朗克定律end--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文Eblambda(i,1)=0;holdonplot([0:.01:10],Eblambda(i,:),"b");end%绘制普朗克定律曲线图axis([0100max(Eblambda(:))]);title("普朗克定律");xlabel("λ/um");ylabel("Ebλ(W/m^3)");gridon;holdoff;1.1最优匹配度曲线程序xx=[2.86,3.08,3.33,3.37,3.42,3.5,3.56,3.62,4.13,5.02,5.41,5.67,5.88,6.25,6.32,6.43,6.62,6.71,6.87,6.96,7.14,7.28,7.53,8.33,8.56,8.73,8.87,9.16,9.24,9.32,9.65,10,10.18,11,11.22,11.45,11.65,11.7,12.34,12.65,12.79,13.07,13.25,13.75,14.1,14.47,15.36];yy=[8,6,70,60,70,7,12,4,0,9,2,7,2,10,57,20,30,70,60,70,30,40,10,5,24,8,20,9,28,10,39,10,13,5,22,10,28,5,10,50,30,85,51,79,50,74,30];x=xx.*10^(-6);y=yy./100;%吸收率K(%)c1=3.742*10^(-16);c2=1.4388*10^(-2);forj=1:401T(j)=300+1*(j-1);E(j)=0;fori=1:46lmx=x(i):0.01*10^-6:x(i+1);EQ1=(((((lmx.^-5).*c1)./(exp((lmx.*T(j)).c2)-1))).*(lmx.*(y(i+1)-y(i))./(x(i+1)-x(i))+y(i)-(y(i+1)-y(i))*x(i)/(x(i+1)-x(i))));EQ=sum(EQ1.*(0.01*10^(-6)));--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文E(j)=E(j)+EQ;endE(j)=E(j)/(5.67*(T(j)/100)^4);endEE=E;plot(T,E,"bx",T,EE,"-k")title("匹配度曲线");xlabel("烤漆表面温度T(K)");ylabel("相对匹配度P");axis([3007000.1550.185])zd=max(EE);fori=1:401if(EE(i)==zd)x=i;breakendendTmax=T(x);EEmax=EE(x);m=[300,700];n=[EEmax,EEmax];line(m,n)mm=[Tmax,Tmax];nn=[0.155,0.185];line(mm,nn)text(428,0.156,"426K")text(302,0.1785,"0.17989")text(428,0.181,"max")gridon1.1微元环的直照度程序Edb=zeros(201,201);--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文y0=0.04;r=0.01;%输入热源柱体的半径LL=0.001;%输入微元环的宽度R=12;%输入测试屏与XOZ平面的距离M=5.67*7^4;z0=0;%输入热源柱体的圆心坐标L=0.5;%输入热元件之长的一半%输入上下限xs=1;xx=-1;zs=1;zx=-1;bc=0.01;%输入测试面上的循环步长[xa,za]=meshgrid(xx:bc:xs,zx:bc:zs);%输入测试点的坐标D=0.2;%抛物线的开口h=0.1;%抛物面的深度%symsggy1z1dypf;fori=1:((xs-xx)/bc+1)*((zs-zx)/bc+1)x=xa(i);z=za(i);y=(R+0.4)-sqrt(R^2-z^2);a0=atan((z-z0)/(y-y0));a1=acos(r/sqrt((z-z0)^2+(y-y0)^2));k=asin(z/R);%输入测试面该点法向向量与y轴的夹角p=(a0-a1):0.01:(a0+a1);y1=y-y0-cos(p).*r;z1=z-z0-sin(p).*r;if(abs((z1.*(h-y0-cos(p).*r))./y1)<=D/2)%保证辐射元件发出的辐射直接照到测试面上d=sqrt(y1.^2+z1.^2+x^2);Ed(i)=sum((((y1.*cos(p)+z1.*sin(p)).*(y1.*cos(k)+z1.*sin(k))).*M*r*0.01*LL/pi)./d.^4);else--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文Ed(i)=0;endendEdd=reshape(Ed,(zs-zx)/bc+1,(xs-xx)/bc+1);[I,J]=find(Edd);mm=min(I);nn=max(I);xaa=xa(mm:nn,:);zaa=za(mm:nn,:);Edda=Edd(mm:nn,:);figure(1);subplot(2,2,1)surf(xaa,zaa,Edda)axis([-1.51.5-1100.8])title("微元环对测试面的直射照度");xlabel("测试面的X方向（m）");ylabel("测试面的Z方向(m)");zlabel("测试面上能量(W/(m^2))");view(0,0)subplot(2,2,2)contour(xaa,zaa,Edda)axis([-1.51.5-1100.8])title("微元环对测试面的直射照度");xlabel("测试面的X方向(m)");ylabel("测试面的Z方向(m)");zlabel("测试面上能量(W/(m^2))");view(90,90)subplot(2,2,3)surf(xaa,zaa,Edda)axis([-1.51.5-1100.8])title("微元环对测试面的直射照度");xlabel("测试面的X方向(m)");ylabel("测试面的Z方向(m)");--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文zlabel("测试面上能量(W/(m^2))");view(90,0)subplot(2,2,4)surf(xaa,zaa,Edda)axis([-1.51.5-1100.8])title("微元环对测试面的直射照度");xlabel("测试面的X方向(m)");ylabel("测试面的Z方向(m)");zlabel("测试面上能量(W/(m^2))");1.1一根热元件的直射照度Edb=zeros(201,201);y0=0.04;r=0.01;%输入热源柱体的半径LL=0.001;%输入微元环的宽度R=12;%输入测试屏与XOZ平面的距离M=5.67*7^4;z0=0;%输入热源柱体的圆心坐标L=0.5;%输入热元件之长的一半%输入上下限xs=1;xx=-1;zs=1;zx=-1;bc=0.01;%输入测试面上的循环步长[xa,za]=meshgrid(xx:bc:xs,zx:bc:zs);%输入测试点的坐标D=0.2;%抛物线的开口h=0.1;%抛物面的深度%symsggy1z1dypf;fori=1:((xs-xx)/bc+1)*((zs-zx)/bc+1)x=xa(i);z=za(i);--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文y=(R+0.4)-sqrt(R^2-z^2);a0=atan((z-z0)/(y-y0));a1=acos(r/sqrt((z-z0)^2+(y-y0)^2));k=asin(z/R);%输入测试面该点法向向量与y轴的夹角p=(a0-a1):0.01:(a0+a1);y1=y-y0-cos(p).*r;z1=z-z0-sin(p).*r;if(abs((z1.*(h-y0-cos(p).*r))./y1)<=D/2)%保证辐射元件发出的辐射直接照到测试面上d=sqrt(y1.^2+z1.^2+x^2);Ed(i)=sum((((y1.*cos(p)+z1.*sin(p)).*(y1.*cos(k)+z1.*sin(k))).*M*r*0.01*LL/pi)./d.^4);elseEd(i)=0;endendEdd=reshape(Ed,(zs-zx)/bc+1,(xs-xx)/bc+1);Edd1=zeros(201,301);Edd2=zeros(201,301);fori=0:50fork=1:201forj=1:201Edd1(j,50+i+k)=Edd(j,k);endendEdd2=Edd2+Edd1;endEdd3=zeros(201,301);fori=1:50fork=1:201forj=1:201Edd3(j,50-i+k)=Edd(j,k);end--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文endEdd2=Edd2+Edd3;endEdd2=10*Edd2;[xa1,za1]=meshgrid(-1.5:0.01:1.5,-1:0.01:1);[I,J]=find(Edd2);mm=min(I);nn=max(I);xaa=xa1(mm:nn,:);zaa=za1(mm:nn,:);Edda1=Edd2(mm:nn,:);subplot(2,2,1);surf(xaa,zaa,Edda1)axis([-1.51.5-110350])title("一根热元件的直射照度(叠加)");xlabel("测试面的X方向(m)");ylabel("测试面的Z方向(m)");zlabel("测试面的辐射(W/(m.m))");subplot(2,2,2);surf(xaa,zaa,Edda1)axis([-1.51.5-110350])title("一根热元件的直射照度(叠加)");xlabel("测试面的X方向(m)");ylabel("测试面的Z方向(m)");zlabel("测试面的辐射(W/(m.m))");view(0,0)subplot(2,2,3);surf(xaa,zaa,Edda1)axis([-1.51.5-110350])title("一根热元件的直射照度(叠加)");xlabel("测试面的X方向(m)");ylabel("测试面的Z方向(m)");zlabel("测试面的辐射(W/(m.m))");--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文view(90,0)1.1微元环的反射照度Erb=zeros(201,201);y0=0.04;xm1=-0.5;%x轴向下限xm2=0.5;%x轴向上限zn1=-0.1;%z轴向下限zn2=0.1;%z轴向上限xzx=0.005;%抛物线上X方向步长xzz=0.001;%抛物线上Z方向步长LL=0.001;%输入微元环的宽度Err=zeros(201,201);[xs1,zs1]=meshgrid(xm1:xzx:xm2,zn1:xzz:zn2);M=5.67*(7^4);z0=0;r=0.01;%输入柱状元件的半径R=12;%输入测试屏与XOZ平面的距离L=0.5;%输入热元件长度的一半h=0.1;%输入抛物线的深度dd=0.01;%输入测试面划分网格的边长ss=zeros(201,201);%ff=2;forff=0:0.1:3.14ff;fori=1:((xm2-xm1)/xzx+1)*((zn2-zn1)/xzz+1)xs=xs1(i);zs=zs1(i);p=0.05;%输入抛物线的焦点xt=0;ys=(zs^2)/(2*p);yt=y0+cos(ff)*r;--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文zt=z0+sin(ff)*r;js=acos(((ys-yt)*cos(ff)+sin(ff)*(zs-zt))/sqrt((xt-xs)^2+(yt-ys)^2+(zt-zs)^2));if(js<=(pi/2)&js>=0)%symsa1b1c1d1a1=zs^4+3*p^2*zs^2+2*yt*p^3-2*yt*p*zs^2-4*p^2*zt*zs;b1=zs^5+2*zs^3*p^2+2*p^3*yt*zs-3*zt*zs^2*p^2-zs^4*zt;c1=2*zt*zs^2*p-4*yt*zs*p^2+2*p^3*zs-2*zt*p^3;d1=b1+c1*(R+0.5);z2=(2*a1*d1+sqrt(4*a1^2*d1^2-4*(a1^2+c1^2)*(d1^2-c1^2*R^2)))/(2*(a1^2+c1^2));y2=R+0.5-sqrt(R^2-z2^2);x2=(xt-xs)*(p*(z2-zs)+zs*(y2-zs^2/2/p))/(p*(zt-zs)+zs*(yt-zs^2/2/p))+xs;l2s=sqrt((x2-xs)^2+(y2-ys)^2+(z2-zs)^2);lts=sqrt((xt-xs)^2+(yt-ys)^2+(zt-zs)^2);l=l2s+lts;t=sqrt(((x2-xs)^2+(y2-ys)^2+(z2-zs)^2)/((xs-xt)^2+(ys-yt)^2+(zs-zt)^2));xx=t*(xs-xt)+xs;yy=t*(ys-yt)+ys;zz=t*(zs-zt)+zs;k=asin(z2/R);[x,z]=meshgrid(-1:0.01:1,-1:0.01:1);if(abs(x2)<=1&abs(z2)<=1)x22=real((round(x2/dd)));z22=real((round(z2/dd)));Er=abs((((((yy-yt)*cos(ff)+(zz-zt)*sin(ff))*((yy-yt)*cos(k)+(zz-zt)*sin(k)))*M*r)*(l^2*xzx*xzz/lts^2)/(l^3*pi*l2s))*LL*0.1);Err(x22+101,z22+101)=Er;ss=ss+Err;endendendend--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文aa=ss*rot90(eye(201));aa=aa+ss;figure(2);subplot(2,2,1)surf(x,z,aa)title("微元环对测试面的反射照度");xlabel("测试面的X方向");ylabel("测试面的Z方向");zlabel("测试面上能量");view(0,0)subplot(2,2,2)contour(x,z,aa)axis([-0.50.5-0.60.6015]);title("微元环对测试面的反射照度");xlabel("测试面的X方向");ylabel("测试面的Z方向");zlabel("测试面上能量");view(90,90)subplot(2,2,3)surf(x,z,aa)title("微元环对测试面的反射照度");xlabel("测试面的X方向");ylabel("测试面的Z方向");zlabel("测试面上能量");view(90,0)subplot(2,2,4)surf(x,z,aa)title("微元环对测试面的反射照度");xlabel("测试面的X方向");ylabel("测试面的Z方向");zlabel("测试面上能量");--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文1.1一根热元件的反射照度Erb=zeros(201,201);y0=0.04;xm1=-0.5;%x轴向下限xm2=0.5;%x轴向上限zn1=-0.1;%z轴向下限zn2=0.1;%z轴向上限xzx=0.005;%抛物线上X方向步长xzz=0.001;%抛物线上Z方向步长LL=0.001;%输入微元环的宽度Err=zeros(201,201);[xs1,zs1]=meshgrid(xm1:xzx:xm2,zn1:xzz:zn2);M=5.67*(7^4);z0=0;r=0.01;%输入柱状元件的半径R=12;%输入测试屏与XOZ平面的距离L=0.5;%输入热元件长度的一半h=0.1;%输入抛物线的深度dd=0.01;%输入测试面划分网格的边长ss=zeros(201,201);%ff=2;forff=0:0.1:3.14ff;fori=1:((xm2-xm1)/xzx+1)*((zn2-zn1)/xzz+1)xs=xs1(i);zs=zs1(i);p=0.05;%输入抛物线的焦点xt=0;ys=(zs^2)/(2*p);yt=y0+cos(ff)*r;zt=z0+sin(ff)*r;--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文js=acos(((ys-yt)*cos(ff)+sin(ff)*(zs-zt))/sqrt((xt-xs)^2+(yt-ys)^2+(zt-zs)^2));if(js<=(pi/2)&js>=0)%symsa1b1c1d1a1=zs^4+3*p^2*zs^2+2*yt*p^3-2*yt*p*zs^2-4*p^2*zt*zs;b1=zs^5+2*zs^3*p^2+2*p^3*yt*zs-3*zt*zs^2*p^2-zs^4*zt;c1=2*zt*zs^2*p-4*yt*zs*p^2+2*p^3*zs-2*zt*p^3;d1=b1+c1*(R+0.4);z2=(2*a1*d1+sqrt(4*a1^2*d1^2-4*(a1^2+c1^2)*(d1^2-c1^2*R^2)))/(2*(a1^2+c1^2));y2=R+0.5-sqrt(R^2-z2^2);x2=(xt-xs)*(p*(z2-zs)+zs*(y2-zs^2/2/p))/(p*(zt-zs)+zs*(yt-zs^2/2/p))+xs;l2s=sqrt((x2-xs)^2+(y2-ys)^2+(z2-zs)^2);lts=sqrt((xt-xs)^2+(yt-ys)^2+(zt-zs)^2);l=l2s+lts;t=sqrt(((x2-xs)^2+(y2-ys)^2+(z2-zs)^2)/((xs-xt)^2+(ys-yt)^2+(zs-zt)^2));xx=t*(xs-xt)+xs;yy=t*(ys-yt)+ys;zz=t*(zs-zt)+zs;k=asin(z2/R);[x,z]=meshgrid(-1:0.01:1,-1:0.01:1);if(abs(x2)<=1&abs(z2)<=1)x22=real((round(x2/dd)));z22=real((round(z2/dd)));Er=abs((((((yy-yt)*cos(ff)+(zz-zt)*sin(ff))*((yy-yt)*cos(k)+(zz-zt)*sin(k)))*M*r)*(l^2*xzx*xzz/lts^2)/(l^3*pi*l2s))*LL*0.1);Err(x22+101,z22+101)=Er;ss=ss+Err;endendendendaa=ss*rot90(eye(201));--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文aa=aa+ss;Erd=reshape(aa,201,201);Erd1=zeros(201,301);Erd2=zeros(201,301);fori=0:50fork=1:201forj=1:201Erd1(j,50+i+k)=Erd(j,k);endendErd2=Erd2+Erd1;endErd3=zeros(201,301);fori=1:50fork=1:201forj=1:201Erd3(j,50-i+k)=Erd(j,k);endendErd2=Erd2+Erd3;endErd2=10*Erd2;[x1,z1]=meshgrid(-1.5:0.01:1.5,-1:0.01:1);[I,J]=find(Erd2);mm=min(I);nn=max(I);xaa=x1(mm:nn,:);zaa=z1(mm:nn,:);Erda1=Erd2(mm:nn,:);subplot(2,2,1)surf(x1,z1,Erda1)title("热管对测试面的反射照度");xlabel("测试面的X方向");--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文ylabel("测试面的Z方向");zlabel("测试面上能量");view(0,0)axis([-1.61.6-1.21.20400]);subplot(2,2,2)contour(x1,z1,Erda1)title("热管对测试面的反射照度");xlabel("测试面的X方向");ylabel("测试面的Z方向");zlabel("测试面上能量");view(90,90)axis([-1.61.6-0.60.60400]);subplot(2,2,3)surf(x1,z1,Erda1)title("热管对测试面的反射照度");xlabel("测试面的X方向");ylabel("测试面的Z方向");zlabel("测试面上能量");view(90,0)axis([-1.61.6-1.21.20400]);subplot(2,2,4)surf(x1,z1,Erda1)title("热管对测试面的反射照度");xlabel("测试面的X方向");ylabel("测试面的Z方向");zlabel("测试面上能量");axis([-1.61.6-1.21.20400]);1.1一根热元件的总辐照度Edb=zeros(201,201);y0=0.04;r=0.01;%输入热源柱体的半径--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文LL=0.001;%输入微元环的宽度R=12;M=5.67*7^4;z0=0;%输入热源柱体的圆心坐标L=0.5;%输入热元件之长的一半%输入上下限xs=1;xx=-1;zs=1;zx=-1;bc=0.01;%输入测试面上的循环步长[xa,za]=meshgrid(xx:bc:xs,zx:bc:zs);%输入测试点的坐标D=0.2;%抛物线的开口h=0.1;%抛物面的深度%symsggy1z1dypf;fori=1:((xs-xx)/bc+1)*((zs-zx)/bc+1)x=xa(i);z=za(i);y=(R+0.5)-sqrt(R^2-z^2);a0=atan((z-z0)/(y-y0));a1=acos(r/sqrt((z-z0)^2+(y-y0)^2));k=asin(z/R);%输入测试面该点法向向量与y轴的夹角p=(a0-a1):0.01:(a0+a1);y1=y-y0-cos(p).*r;z1=z-z0-sin(p).*r;if(abs((z1.*(h-y0-cos(p).*r))./y1)<=D/2)%保证辐射元件发出的辐射直接照到测试面上d=sqrt(y1.^2+z1.^2+x^2);Ed(i)=sum((((y1.*cos(p)+z1.*sin(p)).*(y1.*cos(k)+z1.*sin(k))).*M*r*0.01*LL/pi)./d.^4);elseEd(i)=0;end--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文endEdd=reshape(Ed,(zs-zx)/bc+1,(xs-xx)/bc+1);Edd1=zeros(201,301);Edd2=zeros(201,301);fori=0:50fork=1:201forj=1:201Edd1(j,50+i+k)=Edd(j,k);endendEdd2=Edd2+Edd1;endEdd3=zeros(201,301);fori=1:50fork=1:201forj=1:201Edd3(j,50-i+k)=Edd(j,k);endendEdd2=Edd2+Edd3;endEdd2=10*Edd2;Erb=zeros(201,201);xm1=-0.5;%x轴向下限xm2=0.5;%x轴向上限zn1=-0.1;%z轴向下限zn2=0.1;%z轴向上限xzx=0.005;%抛物线上X方向步长xzz=0.001;%抛物线上Z方向步长Err=zeros(201,201);[xs1,zs1]=meshgrid(xm1:xzx:xm2,zn1:xzz:zn2);dd=0.01;%输入测试面划分网格的边长ss=zeros(201,201);--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文%ff=2;forff=0:0.1:3.14ff;fori=1:((xm2-xm1)/xzx+1)*((zn2-zn1)/xzz+1)xs=xs1(i);zs=zs1(i);p=0.05;%输入抛物线的焦点xt=0;ys=(zs^2)/(2*p);yt=y0+cos(ff)*r;zt=z0+sin(ff)*r;js=acos(((ys-yt)*cos(ff)+sin(ff)*(zs-zt))/sqrt((xt-xs)^2+(yt-ys)^2+(zt-zs)^2));if(js<=(pi/2)&js>=0)%symsa1b1c1d1a1=zs^4+3*p^2*zs^2+2*yt*p^3-2*yt*p*zs^2-4*p^2*zt*zs;b1=zs^5+2*zs^3*p^2+2*p^3*yt*zs-3*zt*zs^2*p^2-zs^4*zt;c1=2*zt*zs^2*p-4*yt*zs*p^2+2*p^3*zs-2*zt*p^3;d1=b1+c1*(R+0.5);z2=(2*a1*d1+sqrt(4*a1^2*d1^2-4*(a1^2+c1^2)*(d1^2-c1^2*R^2)))/(2*(a1^2+c1^2));y2=R+0.5-sqrt(R^2-z2^2);x2=(xt-xs)*(p*(z2-zs)+zs*(y2-zs^2/2/p))/(p*(zt-zs)+zs*(yt-zs^2/2/p))+xs;l2s=sqrt((x2-xs)^2+(y2-ys)^2+(z2-zs)^2);lts=sqrt((xt-xs)^2+(yt-ys)^2+(zt-zs)^2);l=l2s+lts;t=sqrt(((x2-xs)^2+(y2-ys)^2+(z2-zs)^2)/((xs-xt)^2+(ys-yt)^2+(zs-zt)^2));xx=t*(xs-xt)+xs;yy=t*(ys-yt)+ys;zz=t*(zs-zt)+zs;k=asin(z2/R);[x,z]=meshgrid(-1:0.01:1,-1:0.01:1);if(abs(x2)<=1&abs(z2)<=1)--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文x22=real((round(x2/dd)));z22=real((round(z2/dd)));Er=abs((((((yy-yt)*cos(ff)+(zz-zt)*sin(ff))*((yy-yt)*cos(k)+(zz-zt)*sin(k)))*M*r)*(l^2*xzx*xzz/lts^2)/(l^3*pi*l2s))*LL*0.1);Err(x22+101,z22+101)=Er;ss=ss+Err;endendendendaa=ss*rot90(eye(201));aa=aa+ss;Erd=reshape(aa,201,201);Erd1=zeros(201,301);Erd2=zeros(201,301);fori=0:50fork=1:201forj=1:201Erd1(j,50+i+k)=Erd(j,k);endendErd2=Erd2+Erd1;endErd3=zeros(201,301);fori=1:50fork=1:201forj=1:201Erd3(j,50-i+k)=Erd(j,k);endendErd2=Erd2+Erd3;endErd2=10*Erd2;--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文[x,z]=meshgrid(-1.5:0.01:1.5,-1:0.01:1);Ezz=Edd2+Erd2;subplot(2,2,1)surf(x,z,Ezz)title("热管对测试面的总照度");xlabel("测试面的X方向");ylabel("测试面的Z方向");zlabel("测试面上能量");view(0,0)axis([-1.51.5-110750]);subplot(2,2,2)contour(x,z,Ezz)title("热管对测试面的总照度");xlabel("测试面的X方向");ylabel("测试面的Z方向");zlabel("测试面上能量");view(90,90)axis([-1.51.5-0.60.60750]);subplot(2,2,3)surf(x,z,Ezz)title("热管对测试面的总照度");xlabel("测试面的X方向");ylabel("测试面的Z方向");zlabel("测试面上能量");view(90,0)axis([-1.51.5-110750]);subplot(2,2,4)surf(x,z,Ezz)title("热管对测试面的总照度");xlabel("测试面的X方向");ylabel("测试面的Z方向");zlabel("测试面上能量");axis([-1.51.5-110750]);--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文1.1两根管叠加Edb=zeros(201,201);y0=0.04;r=0.01;%输入热源柱体的半径LL=0.001;%输入微元环的宽度R=12;M=5.67*7^4;z0=0;%输入热源柱体的圆心坐标L=0.5;%输入热元件之长的一半%输入上下限xs=1;xx=-1;zs=1;zx=-1;bc=0.01;%输入测试面上的循环步长[xa,za]=meshgrid(xx:bc:xs,zx:bc:zs);%输入测试点的坐标D=0.2;%抛物线的开口h=0.1;%抛物面的深度%symsggy1z1dypf;fori=1:((xs-xx)/bc+1)*((zs-zx)/bc+1)x=xa(i);z=za(i);y=(R+0.5)-sqrt(R^2-z^2);a0=atan((z-z0)/(y-y0));a1=acos(r/sqrt((z-z0)^2+(y-y0)^2));k=asin(z/R);%输入测试面该点法向向量与y轴的夹角p=(a0-a1):0.01:(a0+a1);y1=y-y0-cos(p).*r;z1=z-z0-sin(p).*r;if(abs((z1.*(h-y0-cos(p).*r))./y1)<=D/2)%保证辐射元件发出的辐射直接照到测试面上--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文d=sqrt(y1.^2+z1.^2+x^2);Ed(i)=sum((((y1.*cos(p)+z1.*sin(p)).*(y1.*cos(k)+z1.*sin(k))).*M*r*0.01*LL/pi)./d.^4);elseEd(i)=0;endendEdd=reshape(Ed,(zs-zx)/bc+1,(xs-xx)/bc+1);Edd1=zeros(201,301);Edd2=zeros(201,301);fori=0:50fork=1:201forj=1:201Edd1(j,50+i+k)=Edd(j,k);endendEdd2=Edd2+Edd1;endEdd3=zeros(201,301);fori=1:50fork=1:201forj=1:201Edd3(j,50-i+k)=Edd(j,k);endendEdd2=Edd2+Edd3;endEdd2=10*Edd2;Erb=zeros(201,201);xm1=-0.5;%x轴向下限xm2=0.5;%x轴向上限zn1=-0.1;%z轴向下限zn2=0.1;%z轴向上限--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文xzx=0.005;%抛物线上X方向步长xzz=0.001;%抛物线上Z方向步长Err=zeros(201,201);[xs1,zs1]=meshgrid(xm1:xzx:xm2,zn1:xzz:zn2);dd=0.01;%输入测试面划分网格的边长ss=zeros(201,201);%ff=2;forff=0:0.1:3.14ff;fori=1:((xm2-xm1)/xzx+1)*((zn2-zn1)/xzz+1)xs=xs1(i);zs=zs1(i);p=0.05;%输入抛物线的焦点xt=0;ys=(zs^2)/(2*p);yt=y0+cos(ff)*r;zt=z0+sin(ff)*r;js=acos(((ys-yt)*cos(ff)+sin(ff)*(zs-zt))/sqrt((xt-xs)^2+(yt-ys)^2+(zt-zs)^2));if(js<=(pi/2)&js>=0)%symsa1b1c1d1a1=zs^4+3*p^2*zs^2+2*yt*p^3-2*yt*p*zs^2-4*p^2*zt*zs;b1=zs^5+2*zs^3*p^2+2*p^3*yt*zs-3*zt*zs^2*p^2-zs^4*zt;c1=2*zt*zs^2*p-4*yt*zs*p^2+2*p^3*zs-2*zt*p^3;d1=b1+c1*(R+0.5);z2=(2*a1*d1+sqrt(4*a1^2*d1^2-4*(a1^2+c1^2)*(d1^2-c1^2*R^2)))/(2*(a1^2+c1^2));y2=R+0.5-sqrt(R^2-z2^2);x2=(xt-xs)*(p*(z2-zs)+zs*(y2-zs^2/2/p))/(p*(zt-zs)+zs*(yt-zs^2/2/p))+xs;l2s=sqrt((x2-xs)^2+(y2-ys)^2+(z2-zs)^2);lts=sqrt((xt-xs)^2+(yt-ys)^2+(zt-zs)^2);l=l2s+lts;t=sqrt(((x2-xs)^2+(y2-ys)^2+(z2-zs)^2)/((xs-xt)^2+(ys-yt)^2+(zs-zt)^2));--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文xx=t*(xs-xt)+xs;yy=t*(ys-yt)+ys;zz=t*(zs-zt)+zs;k=asin(z2/R);[x,z]=meshgrid(-1:0.01:1,-1:0.01:1);if(abs(x2)<=1&abs(z2)<=1)x22=real((round(x2/dd)));z22=real((round(z2/dd)));Er=abs((((((yy-yt)*cos(ff)+(zz-zt)*sin(ff))*((yy-yt)*cos(k)+(zz-zt)*sin(k)))*M*r)*(l^2*xzx*xzz/lts^2)/(l^3*pi*l2s))*LL*0.1);Err(x22+101,z22+101)=Er;ss=ss+Err;endendendendaa=ss*rot90(eye(201));aa=aa+ss;Erd=reshape(aa,201,201);Erd1=zeros(201,301);Erd2=zeros(201,301);fori=0:50fork=1:201forj=1:201Erd1(j,50+i+k)=Erd(j,k);endendErd2=Erd2+Erd1;endErd3=zeros(201,301);fori=1:50fork=1:201forj=1:201--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文Erd3(j,50-i+k)=Erd(j,k);endendErd2=Erd2+Erd3;endErd2=10*Erd2;Ezz=Edd2+Erd2;Ezw1=zeros(101,301);Ezw2=zeros(101,301);Ezw3=zeros(101,301);fori=1:101Ezw1(i,:)=Ezz(i+100,:);Ezw2(i,:)=Ezz(i,:);endEzw3=Ezw2+Ezw1;[x,z]=meshgrid(-1.5:0.01:1.5,-1:0.01:0);subplot(2,2,1)surf(x,z,Ezw3)title("两根热管对测试面的总照度");xlabel("测试面的X方向");ylabel("测试面的Z方向");zlabel("测试面上能量");view(0,0)axis([-1.51.5-1001000]);subplot(2,2,2)contour(x,z,Ezw3)title("两根热管对测试面的总照度");xlabel("测试面的X方向");ylabel("测试面的Z方向");zlabel("测试面上能量");view(90,90)axis([-1.51.5-1001000]);subplot(2,2,3)--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文surf(x,z,Ezw3)title("两根热管对测试面的总照度");xlabel("测试面的X方向");ylabel("测试面的Z方向");zlabel("测试面上能量");view(90,0)axis([-1.51.5-1001000]);subplot(2,2,4)surf(x,z,Ezw3)title("两根热管对测试面的总照度");xlabel("测试面的X方向");ylabel("测试面的Z方向");zlabel("测试面上能量");axis([-1.51.5-1001000]);1.1的优化程序Edb=zeros(201,201);y0=0.04;r=0.01;%输入热源柱体的半径LL=0.001;%输入微元环的宽度R=12;M=5.67*7^4;z0=0;%输入热源柱体的圆心坐标L=0.5;%输入热元件之长的一半%输入上下限xs=1;xx=-1;zs=1;zx=-1;bc=0.01;%输入测试面上的循环步长[xa,za]=meshgrid(xx:bc:xs,zx:bc:zs);%输入测试点的坐标D=0.2;%抛物线的开口--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文h=0.1;%抛物面的深度%symsggy1z1dypf;fori=1:((xs-xx)/bc+1)*((zs-zx)/bc+1)x=xa(i);z=za(i);y=(R+0.5)-sqrt(R^2-z^2);a0=atan((z-z0)/(y-y0));a1=acos(r/sqrt((z-z0)^2+(y-y0)^2));k=asin(z/R);%输入测试面该点法向向量与y轴的夹角p=(a0-a1):0.01:(a0+a1);y1=y-y0-cos(p).*r;z1=z-z0-sin(p).*r;if(abs((z1.*(h-y0-cos(p).*r))./y1)<=D/2)%保证辐射元件发出的辐射直接照到测试面上d=sqrt(y1.^2+z1.^2+x^2);Ed(i)=sum((((y1.*cos(p)+z1.*sin(p)).*(y1.*cos(k)+z1.*sin(k))).*M*r*0.01*LL/pi)./d.^4);elseEd(i)=0;endendEdd=reshape(Ed,(zs-zx)/bc+1,(xs-xx)/bc+1);Edd1=zeros(201,301);Edd2=zeros(201,301);fori=0:50fork=1:201forj=1:201Edd1(j,50+i+k)=Edd(j,k);endendEdd2=Edd2+Edd1;endEdd3=zeros(201,301);--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文fori=1:50fork=1:201forj=1:201Edd3(j,50-i+k)=Edd(j,k);endendEdd2=Edd2+Edd3;endEdd2=10*Edd2;Erb=zeros(201,201);xm1=-0.5;%x轴向下限xm2=0.5;%x轴向上限zn1=-0.1;%z轴向下限zn2=0.1;%z轴向上限xzx=0.005;%抛物线上X方向步长xzz=0.001;%抛物线上Z方向步长Err=zeros(201,201);[xs1,zs1]=meshgrid(xm1:xzx:xm2,zn1:xzz:zn2);dd=0.01;%输入测试面划分网格的边长ss=zeros(201,201);%ff=2;forff=0:0.1:3.14ff;fori=1:((xm2-xm1)/xzx+1)*((zn2-zn1)/xzz+1)xs=xs1(i);zs=zs1(i);p=0.05;%输入抛物线的焦点xt=0;ys=(zs^2)/(2*p);yt=y0+cos(ff)*r;zt=z0+sin(ff)*r;js=acos(((ys-yt)*cos(ff)+sin(ff)*(zs-zt))/sqrt((xt-xs)^2+(yt-ys)^2+(zt-zs)^2));--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文if(js<=(pi/2)&js>=0)%symsa1b1c1d1a1=zs^4+3*p^2*zs^2+2*yt*p^3-2*yt*p*zs^2-4*p^2*zt*zs;b1=zs^5+2*zs^3*p^2+2*p^3*yt*zs-3*zt*zs^2*p^2-zs^4*zt;c1=2*zt*zs^2*p-4*yt*zs*p^2+2*p^3*zs-2*zt*p^3;d1=b1+c1*(R+0.5);z2=(2*a1*d1+sqrt(4*a1^2*d1^2-4*(a1^2+c1^2)*(d1^2-c1^2*R^2)))/(2*(a1^2+c1^2));y2=R+0.5-sqrt(R^2-z2^2);x2=(xt-xs)*(p*(z2-zs)+zs*(y2-zs^2/2/p))/(p*(zt-zs)+zs*(yt-zs^2/2/p))+xs;l2s=sqrt((x2-xs)^2+(y2-ys)^2+(z2-zs)^2);lts=sqrt((xt-xs)^2+(yt-ys)^2+(zt-zs)^2);l=l2s+lts;t=sqrt(((x2-xs)^2+(y2-ys)^2+(z2-zs)^2)/((xs-xt)^2+(ys-yt)^2+(zs-zt)^2));xx=t*(xs-xt)+xs;yy=t*(ys-yt)+ys;zz=t*(zs-zt)+zs;k=asin(z2/R);[x,z]=meshgrid(-1:0.01:1,-1:0.01:1);if(abs(x2)<=1&abs(z2)<=1)x22=real((round(x2/dd)));z22=real((round(z2/dd)));Er=abs((((((yy-yt)*cos(ff)+(zz-zt)*sin(ff))*((yy-yt)*cos(k)+(zz-zt)*sin(k)))*M*r)*(l^2*xzx*xzz/lts^2)/(l^3*pi*l2s))*LL*0.1);Err(x22+101,z22+101)=Er;ss=ss+Err;endendendendaa=ss*rot90(eye(201));aa=aa+ss;Erd=reshape(aa,201,201);--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文Erd1=zeros(201,301);Erd2=zeros(201,301);fori=0:50fork=1:201forj=1:201Erd1(j,50+i+k)=Erd(j,k);endendErd2=Erd2+Erd1;endErd3=zeros(201,301);fori=1:50fork=1:201forj=1:201Erd3(j,50-i+k)=Erd(j,k);endendErd2=Erd2+Erd3;endErd2=10*Erd2;Ezz=Edd2+Erd2;Ezw1=zeros(201,301);Ezw2=zeros(201,301);Ezw3=zeros(201,301);foru=1:6y=0.2+0.01*(u-1);fori=1:(201-u-19)Ezw1(i,:)=Ezz(i+u+19,:);Ezw2(i+u+19,:)=Ezz(i,:);endEzw3=Ezw2+Ezw1+Ezz;e=0;fori=1:201--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文forj=1:301e=e+Ezw3(i,j);endendee=e./(201*301);ee1=0;fori=1:201forj=1:301ee1=ee1+(Ezw3(i,j)-ee)^2;endendeee(u)=ee1./(201*301-1);end1.11的优化程序Edb=zeros(201,201);foru=1:13y0=0.02+0.005*(u-1);r=0.01;%输入热源柱体的半径LL=0.001;%输入微元环的宽度R=12;M=5.67*7^4;z0=0;%输入热源柱体的圆心坐标L=0.5;%输入热元件之长的一半%输入上下限xs=1;xx=-1;zs=1;zx=-1;bc=0.01;%输入测试面上的循环步长[xa,za]=meshgrid(xx:bc:xs,zx:bc:zs);%输入测试点的坐标D=0.2;%抛物线的开口--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文h=0.1;%抛物面的深度%symsggy1z1dypffori=1:((xs-xx)/bc+1)*((zs-zx)/bc+1)x=xa(i);z=za(i);y=(R+0.5)-sqrt(R^2-z^2);a0=atan((z-z0)/(y-y0));a1=acos(r/sqrt((z-z0)^2+(y-y0)^2));k=asin(z/R);%输入测试面该点法向向量与y轴的夹角p=(a0-a1):0.01:(a0+a1);y1=y-y0-cos(p).*r;z1=z-z0-sin(p).*r;if(abs((z1.*(h-y0-cos(p).*r))./y1)<=D/2)%保证辐射元件发出的辐射直接照到测试面上d=sqrt(y1.^2+z1.^2+x^2);Ed(i)=sum((((y1.*cos(p)+z1.*sin(p)).*(y1.*cos(k)+z1.*sin(k))).*M*r*0.01*LL/pi)./d.^4);elseEd(i)=0;endendEdd=reshape(Ed,(zs-zx)/bc+1,(xs-xx)/bc+1);Edd1=zeros(201,301);Edd2=zeros(201,301);fori=0:50fork=1:201forj=1:201Edd1(j,50+i+k)=Edd(j,k);endendEdd2=Edd2+Edd1;endEdd3=zeros(201,301);--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文fori=1:50fork=1:201forj=1:201Edd3(j,50-i+k)=Edd(j,k);endendEdd2=Edd2+Edd3;endEdd2=10*Edd2;Erb=zeros(201,201);xm1=-0.5;%x轴向下限xm2=0.5;%x轴向上限zn1=-0.1;%z轴向下限zn2=0.1;%z轴向上限xzx=0.005;%抛物线上X方向步长xzz=0.001;%抛物线上Z方向步长Err=zeros(201,201);[xs1,zs1]=meshgrid(xm1:xzx:xm2,zn1:xzz:zn2);dd=0.01;%输入测试面划分网格的边长ss=zeros(201,201);%ff=2;forff=0:0.1:3.14ff;fori=1:((xm2-xm1)/xzx+1)*((zn2-zn1)/xzz+1)xs=xs1(i);zs=zs1(i);p=0.05;%输入抛物线的焦点xt=0;ys=(zs^2)/(2*p);yt=y0+cos(ff)*r;zt=z0+sin(ff)*r;js=acos(((ys-yt)*cos(ff)+sin(ff)*(zs-zt))/sqrt((xt-xs)^2+(yt-ys)^2+(zt-zs)^2));--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文if(js<=(pi/2)&js>=0)%symsa1b1c1d1a1=zs^4+3*p^2*zs^2+2*yt*p^3-2*yt*p*zs^2-4*p^2*zt*zs;b1=zs^5+2*zs^3*p^2+2*p^3*yt*zs-3*zt*zs^2*p^2-zs^4*zt;c1=2*zt*zs^2*p-4*yt*zs*p^2+2*p^3*zs-2*zt*p^3;d1=b1+c1*(R+0.5);z2=(2*a1*d1+sqrt(4*a1^2*d1^2-4*(a1^2+c1^2)*(d1^2-c1^2*R^2)))/(2*(a1^2+c1^2));y2=R+0.5-sqrt(R^2-z2^2);x2=(xt-xs)*(p*(z2-zs)+zs*(y2-zs^2/2/p))/(p*(zt-zs)+zs*(yt-zs^2/2/p))+xs;l2s=sqrt((x2-xs)^2+(y2-ys)^2+(z2-zs)^2);lts=sqrt((xt-xs)^2+(yt-ys)^2+(zt-zs)^2);l=l2s+lts;t=sqrt(((x2-xs)^2+(y2-ys)^2+(z2-zs)^2)/((xs-xt)^2+(ys-yt)^2+(zs-zt)^2));xx=t*(xs-xt)+xs;yy=t*(ys-yt)+ys;zz=t*(zs-zt)+zs;k=asin(z2/R);[x,z]=meshgrid(-1:0.01:1,-1:0.01:1);if(abs(x2)<=1&abs(z2)<=1)x22=real((round(x2/dd)));z22=real((round(z2/dd)));Er=abs((((((yy-yt)*cos(ff)+(zz-zt)*sin(ff))*((yy-yt)*cos(k)+(zz-zt)*sin(k)))*M*r)*(l^2*xzx*xzz/lts^2)/(l^3*pi*l2s))*LL*0.1);Err(x22+101,z22+101)=Er;ss=ss+Err;endendendendaa=ss*rot90(eye(201));aa=aa+ss;Erd=reshape(aa,201,201);--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文Erd1=zeros(201,301);Erd2=zeros(201,301);fori=0:50fork=1:201forj=1:201Erd1(j,50+i+k)=Erd(j,k);endendErd2=Erd2+Erd1;endErd3=zeros(201,301);fori=1:50fork=1:201forj=1:201Erd3(j,50-i+k)=Erd(j,k);endendErd2=Erd2+Erd3;endErd2=10*Erd2;Ezz=Edd2+Erd2;Ezw1=zeros(201,301);Ezw2=zeros(201,301);Ezw3=zeros(201,301);fori=1:176Ezw1(i,:)=Ezz(i+25,:);Ezw2(i+25,:)=Ezz(i,:);endEzw3=Ezw2+Ezw1+Ezz;e=0;fori=1:201forj=1:301e=e+Ezw3(i,j);--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文endendee=e./(201*301);ee1=0;fori=1:201forj=1:301ee1=ee1+(Ezw3(i,j)-ee)^2;endendeee(u)=ee1./(201*301-1);end1.1本章小结本章主要进行程序的编写(1)微元环对测试面的直照度和反照度程序；(2)单根管对测试面的直照度、反照度与总照度程序；(3)两根管对测试面的总照度程序；(4)匹配度与辐射场的优化处理程序--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文第1章产品开发与技术经济分析1.1产品设计价值分析1.1.1价值分析概述1.1.1.1工业设计中价值分析的意义价值分析是研究技术经济效益的一门科学，它通过产品功能与成本的合理化来提供价值高的产品，并提高企业的技术经济效益。工业设计以产品设计为主，产品进入市场变为商品，消费者选择商品主要考虑产品的功能、形态、价值等因素，这些都是在设计阶段就需要确定的。因此如何在设计阶段提高设计产品价值，提高产品功能，降低生产成本，是每一个设计师必须掌握的基本理论。1.1.1.2价值分析产生与发展价值分析（VA，即ValueAnalysis）产生于20世纪40年代的美国。真正引发价值分析产生的却源于一个非常具体的问题。当时美国通用电气公司生产使用的石棉板货源十分短缺，不仅价格贵，还不能按时供货。当时设计师麦尔斯为解决这一问题，提出用一种价格较低且货源充足的材料代替市场短缺的石棉板的想法。研究发现，石棉板的功能就是铺在地板上防止给产品喷涂料时沾污地板而引起火灾，所以满足石棉板防火和防潮的功能，是寻找替代材料的前提。通过对市场的调查，他们找到一种不燃烧的纸，不但功能相同，货源充足，而且价格是石棉板的四分之一，解决了当时的问题。麦尔斯从寻找相互替代材料中得到启发，并进一步通过实践总结出：（1）用户在购买产品时，实际购买的并非产品本身，而是产品所具有的功能；（2）用户在购买产品所具有的功能时，希望所花的费用越少越好；（3）通过研究产品的功能和实际这种功能所需投入的资源之间的关系，提出了提高产品价值的方法，这就是价值分析。1954年美国海军舰船局，开始采用价值分析方法进行舰船的设计，并更名为“价值工程”（VE，即ValueEngineering）。--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文1978年，价值工程引入我国，首先从上海开始在企业应用，取得了满意的效果。好多高校也先后开设价值工程课程，培养学生经济与成本意识和创造优化产品的能力。1.1.1.1产品改进的时机应用价值分析来提高产品价值，是企业对产品更新换代的目标。那么，什么时候和什么情况下，对产品进行改进最为适宜呢？那么我们看一下产品的生命周期都有几个阶段：产品的生命周期主要分六个阶段：产品的生命周期主要分为六个阶段：设计研发阶段、产品市场导入阶段、市场成长阶段、市场成熟阶段、市场饱和阶段、市场衰退阶段。从企业的利益角度出发，在产品开发初期是成本投资的重点。正确的产品改进时机，是在产品进入成熟期后（有的在产品成长期）马上着手对产品进行设计改进，并及时推向市场，以替代老产品在市场所占的位置。这样才能使企业利润逐步增长，实现良性循环，如图5-1。产品开发生命周期与成本及利润的关系图5-1--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文如何把握产品成熟期，还要靠市场调查、市场研究和市场预测。1.1产品开发中的技术经济分析新产品设计的技术经济性的总要求是技术的先进性和使用经济性相统一，并在生产上可行，具体要求有以下几个方面：（1）技术的先进性。指在新产品设计中采用当代科学技术的新成果，使产品的性能、结构、材料以及使用的关于具有先进水平，并符合生态保护要求。（2）保证新产品具有良好的性能和质量，符合用户的要求，可靠性好，在使用过程中能稳定地、不间断的工作和长期保持原有的精度。（3）产品适应性大。主要表现在两个方面：一是产品功能多；二是产品结构简单，零件标准化、通用化程度高，工艺性好，容易加工制造、装配、使用和维修等。（4）尽可能提高产品的标准化水平，提高结构的继承性，减少专用零件。（5）经济性好。指产品的使用效率高，或寿命周期费用低，用户使用时具有效率高、物资与能源消耗低、使用寿命长、维修费用少等优点。实现寿命周期费用最低的途径，一是降低制造成本；二是降低使用费用。1.1.1技术可行性分析本次设计的设计任务是拱形软基节能远红外辐射烘干炉辐射场及结构设计，本着节能优化的目的采用抛物面反射罩的远红外线辐射装置进行系统分析得出了最优结果，同时也对测试面的吸收特点进行处理，应用系统的计算得出了测试面的最佳温度以及对应的最佳匹配度。根据拱形软基节能远红外辐射烘干炉的结构来看，它基本的结构特性具有以下特点：--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文（1）工件通过速度快。本烘干炉完全由电能提供动力，烘炉类型为箱式烘炉，一端有门，受热车体沿着一定的坡度固定在铁板上，关上门烘干，炉壁采用薄壁结构，无炉门，加热效率高。（2）强辐射，完全辐射（不记对流辐射），烘烤均匀，成品效果佳。（3）结构紧凑，制造容易，便于组装和快装出厂。其解雇具有结构紧凑和对称性强的特点，且主要的传热面螺纹烟管制造容易，可大量生产。同时辐射管也有形状简单、尺寸较短的特征，也很容易制造。（4）运行操作方便，安全可靠。对于停电保护有较强的安全特性。运行可靠，负荷稳定。1.1.1经济可行性分析节能是现在我国经济社会发展的一项长期战略方针，也是我们当前一项迫切的任务。我国是世界第二大能源生产国和第二大能源消费国，由于重工业高耗能工业比重偏大，致使能源消耗增长过快，能源自给率不断降低，对外依存度加大，单位国内生产总值综合能耗、工业企业单位产品综合能耗、建筑单位建筑面积采暖能耗等指标高与运行。2010年全省能耗总量比2001年增加76.4％，单位工业增加值能耗、工业增加值能耗分别为1.96和4.41吨标准煤，分别高于全国0.74和1.82吨标准煤，全省一次能源自给率不足50%，因此，加强节能工作已经成为我国当前的一项紧迫任务。本项目拱形软基节能远红外辐射烘干炉主要能源需求是电能。从项目所在地的电力、电网现状和规划建设来看，项目建成后应有供应电力的保障，项目所在地的公司可以给出具体承诺，为项目提供电能的可靠保障。城市供水管网络也得到了自来水公司的大力支持，市场上柴（汽）油供应充足，因此，项目能源供应室可靠的。总的来说，烘干炉历经多年的研究实验，和多年的使用，随着对其的不断改进，设计，制造，烘干炉的制造技术含量越来越高。由于其结构的逐渐趋于完善，这是对产品发展最好的保障。在整个行业的发展和用户的需求的推动下，烘干炉的研发与制造都有很大的进步，在技术上取得很好的保证，性能不断优越，运行的安全性有了保障，带来了显著的经济效益和社会效益。同时运行的环保问题也有了显著的进步。所以经过分析，本设计方案经济性可行性良好。--68- 哈尔滨理工大学学士学位论文结论由上述对红外线加热干燥机理、特点的讨论，以及对辐射场的优化处理，我们对红外加热知识有了进一步的了解，对远红外定向辐射装置的辐射场进行了优化处理。由于计算时所做的一些假设以及理论推导针对的是一般情况，而且其参数均被处理为通用参数，因此对这些通用的优化程序，只需改变一些特征参数值即可向其他情况推广，而且其计算结果和人们根据经验所得的结论在一定范围内是一致的。红外加热技术应用于软基涂层的干燥是可行的，不仅节能，还可以提高生产率和产品质量。但必须采用科学的辐射场，并需要采取措施防止基底被烤坏。采用有多级挡控温方式是可行的，价格低廉并能够满足要求。可供类似烘干炉设计和改造时借鉴。-76- 哈尔滨理工大学学士学位论文致谢在这里，我首先要感谢刘兴家老师，感谢刘老师精心指导和大力支持。他平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从确定题目查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，CAD图纸的制作，论文写作等过程中都给予了我悉心的指导。我对刘兴家老师的感激之情是无法用言语表达的。本课题在选题及研究过程中刘兴家老师多次询问研究过程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路并时常精心点拨、热忱鼓励。刘兴家老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，必将使我终生受益。在这次设计中刘兴家老师也给我提出了许多宝贵的意见。虽然我遇到了许多困难，但是我都尽量及时地和刘老师讨论这些问题，最终问题都基本迎刃而解了。另外，在论文撰写方面刘老师更是给予了方向性的指导和建设性的意见。最后感谢在大学期间传授我知识的全体老师们，感谢在学习和生活上给予我帮助的同学们，没有你们的帮助就没有我今天的成绩。经过三个月的忙碌和工作，本次毕业设计已接近尾声，作为一名学生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，毕竟这次设计是我第一次进行全面和系统的设计，疏漏和不足之处在所难免，可能存在许多细节未做到及时、妥当地处理，请老师们指正，以帮助我不断提高，不断进步。我相信通过这次全面系统的设计以及在这个过程中各位老师的不断点拨，在今后的工作中我一定会做到更好。-76- 哈尔滨理工大学学士学位论文参考文献[1]红外辐射匹配研究及软基层干燥设计[2]卢为开.远红外辐射加热技术.上海科学技术出版社,1983:23~105[3]程晓锦.红外加热器的辐照度计算.锦州红外技术研究所,1933:10~17[4]葛世名.远红外加热技术的提高和发展.科学出版社,1987:37~50[5]张郝钢.便携式红外测尘仪研制.华中理工大学出版社,1991:22~50[6]徐怀平.远红外加热技术.河北人民出版社,1979:32~53[7]李佩赞.红外辐射加热中有关问题的分析.科学出版社,1984:56~88[8]肖俊远.远红外加热技术的应用与发展.锦州红外技术研究所,1992:23~30[9]陈衡.红外物理学.国防工业出版社.1983:96~109[10]杨世铭,陶文铨.传热学.高等教育出版社,2001:239~311[11]王家文,王皓,刘海.Matlab7.0编程基础.机械工业出版社,69~109[12]李明滨，任克亮．红外线热风烘干炉体有限元分析及优化设计，2002[13]谈和平，夏新林，刘林华.红外辐射特性与传输的数值计算.哈尔滨工业大学，2006：258～261[14]JournalofHeatTransfer,April.Vol.127,No.4,2005:358~365[15]BulentE.TechnicalNote.ImechE,2002:485~489[16]Patankar.Numericalheattransferandfluidflow.Hemispherepublishingcorporation,35:459～472[17]N.Allanic,P.Salagnac，P.Glouannec.Convectiveandradiantdryingofapolymeraqueoussolution.ApplMathModel25:449～462-76- 哈尔滨理工大学学士学位论文附录A外文文献FarInfraredHeatingTechnologyandStatus1、ThediscoveryofinfraredradiationInfraredradiationisusuallycalledinfrared.Inancienttimes,peoplehaveknownthelightandtheheatofsolarradiation.Upto1676,Newton,theBtritish,foundthebandoflightofred,orange,Yellow,green,green,blue,purple-thesolarspectrum,usingtheglassprism.In1800,Hirsh,theBritishwouldliketomeasurethedifferentcolorofsunlighttoseewhichcolorhavethemostsignificantthermaleffectoflight,soherepeatedtheexperimentofNewton:leadthesunlighttoadarkroomfromaseam,letitpassthroughtheglassprism,thenared,orange,yellow,green,blue,andpurplecolourlightbandappeared.Heputamercurythermometerrespectivelyoneverycolourfullightbandcolour,andatthesametimeheputotherunusedthermometercasuallyonthetable.Oncehecameacrossthat,inthedark,thetemperatureriseofthethermometerneartotheredweremuchhigherthanthatofthermometeronanyothercolor.SohewrotetotheRoyalSocietyofLiterature,hesaid“…thereareatleastapartoftheheatofthesunlightareincludedinainvisible light…”Afterthat,peoplecalledthis“invisible  light”asinfraredrayorinfraredradiation.2、TheinitialapplicationstageabroadoftheinfraredheatingtechnologyAlthoughtthethediscoveryofinfraredradiationareintheearly19th,therealwidelyusedinindustrialproduction,militaryandvariousscientificresearchisuntilltheWorldWarII.Inthe1930s,FordMotorCompanyfirstappliedtheinfraredradiationtechnologytothecarpaintdryingprocess.Atthattime,theinfraredlampwasusedastheradiationsource,duetorestrictionsoftheglassshade,onlyoneofthenear-infraredenergywereused.Itwasnotuntilthe-76- 哈尔滨理工大学学士学位论文Japanesedevelopedthemagnesiumoxideandsiliconcarbidetubesheet,andpromotethebenefitsoffarinfraredheatingtechnology,thatthetechnologyattractedeveryone"sattentionagain.Formanycompounds,theheatingeffectofusingthefar-infraredismuchbetterthanthatofusingnear-infrared.Withtherapiddevelopmentofindustryandscienceandtechnology,energyneedsconflictshavedeepened.Japan,givenahighpriorityonenergy-savingtechnologiesforlackingofenergyresources.Japanbegandevelopingfar-infraredradiationcomponentin1964,whichhasbeenwidelyusedintheproductionintheearly70s.Sincethen,thefarinfraredheatingtechnologyhaddevelopedintoanewfieldrapidly.Becauseofitsobviouslyenergysavingseffect,moreandmorecountriesattachimportancetothedevelopmentandapplicationofthistechnology.Afterresearchofthescientists,amulti-ratiothermometersensitiveinfrareddetector,artificialinfraredradiation,IRprecisioninstruments-infraredspectroscopyhasbeencreatedsuccessively.Thecurrentsensitivityofthedetectorcanbe10000timeshigherthanthatofthenormalmercurythermometer.Theinfraredbeamproducedbythelasertechnology,canmakethepowerdensitythatshinedonthesamplebe100milliontimeshighterthanthatofthesolarhigher;FTIRspectraoftheperformanceofdecompositionthanathousandtimeshigherthanNewtonspectrophotometry.DeterminationofinfraredradiationspectralrangeInfraredradiationeffectwithvisiblelight,ultravioletandradiowavesareallelectromagneticwaves.Theirpropagationspeedisthesame,whichisupto300,000kmpersecond.Theirdifferencecanbeexpressedbywavelength.Thewavelengthofvisiblelightisabout0138~0175Lm,whiletheinfraredradiationis0175~1000Lm,andthelongerwaveisthemicrowaveandradiowaves.Infraredradiationandotherelectromagneticwaves,bothcommunicatedirectlybyradiation,thatistosaytheywon’tneedanymediumtocommunicatelikethatofvoice.Then,thevisiblelightandtheinfraredradiationcanbetransmitted-76- 哈尔滨理工大学学士学位论文throughthespacetotheearth.Accordingtothewavelengththeinfraredradiationcanbesubdividedintoseveralregions.Accordingtotheclassificationbyindustry,theinfraredbetweentherangeof0175~114Lmiscalledthenear-infrared,rangeof114~310Lmiscalledthemid-infrared,theinfraredbetweentherangeof310~1000Lmiscalledthefarinfrared.Thesocalledfarinfraredheatingismainlythatusetheinfraredradiationbetweentherangeof215～1000Lmtotheapplicationof“Heating”.3.TheinitialapplicationstageofFarInfraredheatingtechnologyinChina.Theinitialfar-infraredheatinganddryingtechnologyofFarinfraredheatingtechnologyisdeterminedbythedevelopmentoffarinfraredheatingelementsinChina.In70"sfar-infrareddevicesusedinmanyassiliconcarbide,metaltube,resistanceband,ceramics,semiconductors,ceramicsandothercomponentsinourcountry.Becauseoftheirdifferentmaterialsandmanufacturers,Thesecomponents’performanceisgoodorbadarrhythmia,generalpowerconversionefficiencyofradiation40to50%.4.TheMatchtheabsorptionofheatofFarInfraredTechnologyTheso-calledmatchingwhenradiationisinfraredradiationontotheobjecttothefrequencyandcompositionofthematerialelementsoftheobjectwiththesamefrequency,Themoleculesontheresonanceabsorptionofinfraredradiationenergy,andintermolecularenergytransfertointramolecularenergyincreases,sotheaveragemolecularkineticenergyisincreased,theperformanceoftheobjecttemperature.ThemeaningofMatchtheabsorptionistheSelectiveradiationoffrequencytheInfraredheatersemitsisInlinewiththevibrationfrequencyofmolecularoftheheatedmaterialitself.Atthispointshallmatchtheresonanceabsorptionduestoabsorption.Matchtheabsorptionofthethin-layerheatingisimportant,Suchaspaint,plasticsprocessing.dryingofsomedehydrationsaltsandsoon.ButithaslittlesignificanceforthickmaterialheatingBecausefarinfraredpenetrationforthe-76- 哈尔滨理工大学学士学位论文generalsubstanceisverylow.Generalitcanonlypenetratesafewmicrometerstoseveralmillimetersbetween.Evenifitsenergyisnotabsorbedbythesurfaceelementswillbeabsorbedwithintheobject,Inthiscase,wecanreducethereflectivitytoincreasetheabsorptionrate.Becausesomeoftheheatedmaterialandbakingqualityorprocessingtechnologyrequirements,Theheatedobjectshopingtobeinsideandoutsidetheheat,Suchas:wooddrying,hopingtoheatinsideandoutsidetotoavoidcracking;Anotherexampleisthemeltingofplasticinsideandoutsidetheheatisalsorequiredinordertoavoidtheagingoftheexternaltemperaturetoohigh..Inthemid80domesticscientificandtechnologicalworkersinthefar-infraredradiationdevelopedSHQmilkquartztube,gold-platedquartztube,glass-ceramicfarinfraredlamps,andothernewcomponentsaccordingtomatchingtheory,Thesecomponentsofenergyconversionefficiencyofradiationisinthe60~65%.5、TheStatusoffarInfraredheatingtechnologyTheheatingmediumtemperaturefieldoffarInfraredheatingtechnologyinthe70"sisonly0~450℃.Ithadreached600~750℃inthe80"s.Inthepreviousfar-infraredheatingdryingtunnel,oventhoughthemainemphasisofradiationheating,buttherearesomeheatbyconduction,convectionintheformofheat.So,dryingtunnel,ovensealedrequiretodoSealed,insulation..strongfar-infrareddirectionalradiatorwassuccessfullydevelopedinmid-90s.Ithaveanewbreakthroughinthepowerconversionefficiencyofradiation.Theenergyconversionefficiencyofradiationupto78%ormore,Emittancegreaterthan92%.Thermalresponsetimehavelessthan2minutes.Theproducttostronginfraredradiationinspacealongtheverticaldirectiontoformwidespectrumofwaveradiation,thermalstability,long-termuse,featuresrefundablechange,usingtheadjustabletemperaturebetween60~900℃.ThermalphotonbeamtiIssued.Uniformdistributionintheradiationplane,Overcomingtheproblemof-76- 哈尔滨理工大学学士学位论文heatingelementsinfraredtemperaturedifferenceinthecountry.ItprovidesthenecessaryconditionsforChina"sindustrialstructure,promotingtheworld"sadvancedlevelopenrapiddryingmodels.Forthedryingtunnel,ovennolongerrequiredconfined,insulation..Becausethematerialsusedinapplicationsastheinternational,themostadvancedtechnology,lifegreatlyimproved.Theproduct"slifefarbeyondthelifeofthedomesticsimilarproducts.Andmaintenanceisverysimpleandcanbereusedformanyyears,TtovercomestheshortcomingsofOne-timeuseofsimilarproductsathomeandabroaddefects,Itisthemostidealbakingheatingelementinthisperiod.Fromour70yearsofsiliconcarbide,metaltube,resistanceband,ceramics,semiconductors,ceramicsandothercomponentstothe80quartztube,gold-platedquartztube,glass-ceramiccomponentssuchaslamps,tothestrongcurrentfarinfraredradiator，Farinfraredheatingtechnologytotakethethreebigsteps.Componentsofthepoweroffarinfraredradiationefficiencyfrom40%to50%to78%.Dryingtunnel,ovenbytheclosed,heat-baseddevelopmenttoopen.Inshort,FarInfraredheatingtechnologyinChinahasmadegratifyingachievementsafter20yearsofdevelopment.WhenChina"spowerisinthecurrenttensesituation,raisetheleveloffarinfraredheating,energyconservationandimprovingthequalityofheatinganddryingmaterialsisagreatsignificance.Thetechnologyofheatinganddryingareasshouldbevigorouslypromoted.-76- 哈尔滨理工大学学士学位论文附录B中文翻译远红外加热技术的发展与现状1、红外辐射的发现红外辐射习惯上通称为红外线。在古代，人们就知道太阳能辐射光和热。直至1676年英国人牛顿用玻璃做的三棱镜发现了红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色的光带——太阳光谱。1800年英国人赫胥尔想测量太阳光中各种不同颜色的光究竟哪种颜色的光的热效应最明显,于是他就重复了牛顿的实验;把太阳光从一个细缝引到暗室内，让其通过玻璃三棱镜，于是出现了一条红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色的彩色光带，他在彩色光带的每个颜色上分别放一个水银温度计，同时把不用的温度计随便放在桌子上。有一次他偶然发现在黑暗处靠近红色的温度计升温比任何其它颜色上的温度计的温度都要高得多。于是他写信给英国皇家学会，说:“......太阳光中的热量至少有一部分包含在一种看不见的光线中......”。以后人们就把这部分“看不见的光线”称为红外线或红外辐射。2、红外加热技术在国外的初始应用阶段红外加热技术在国外的初始应用虽然在19世纪初就发现了红外辐射，但真正广泛的应用于工业生产、军事和各种科学研究领域却是到了第二次世界大战期间。30年代，美国福特汽车公司首先把红外辐射技术应用于汽车涂漆的烘干工艺上。当时使用红外灯泡作为辐射源，由于受玻璃灯罩的限制，只利用其中的近红外能量。直到日本研制成功氧化镁管和碳化硅板，并宣传了远红外加热技术的优点，这一技术重新引起了大家的注意。对许多化合物，应用远红外比用近红外线，其加热效果要好得多。随着工业和科学技术的高度发展，能源的需求矛盾日益加深。日本由于缺乏能源资源，对节能技术给予高度的重视。日本在1964年开始研制远红外辐射元件，70年代初已广泛应用于生产，从此远红外加热技术迅速发展成为一个新兴领域，由于其明显的节能效果，越来越多的国家重视这一技术的发展和应用。经过许多科学工作者的研究，先后制造出了比温度计灵敏度高的多的红外探测器、人造红外辐射源、精密的红外光谱分析仪器——红外光谱仪。目前探测器的灵敏度可以比普通的水银温度计高1万倍;利用激光技术生产的红外束，可使照到样品上的功率密度比太阳能高1亿倍;红外光谱仪分解光谱的性能也比牛顿分光法高出1千倍。3、红外辐射光谱范围确定红外辐射实际上同可见光、紫外线和无线电波等都属于电磁波，它们的传播速度都一样，每秒可达30万公里。它们的区别可以用波长来表示;-76- 哈尔滨理工大学学士学位论文可见光的波长大约为0138～0175Lm，红外辐射为0175～1000Lm，再长的电磁波就是微波和无线电波了。红外辐射和其它的电磁波一样，都是以辐射方式为直接传播，也就是说不象声音传播时需要媒介物。这样，从太阳和星球上发出来的可见光和红外线都能通过太空宇宙传到地球上来。红外辐射又可按波长的长短细分为几个区域。按工业上的分类方法，把0175～114Lm区间的红外线称为近红外，把114～310Lm区间的红外线称为中红外，把310～1000Lm区间的红外线称为远红外。所谓远红外辐射加热主要指是利用波长为215～1000Lm的红外辐射进行“热加工”应用。4、远红外加热技术在中国的初始应用阶段远红外加热技术在中国的初始应用远红外加热与干燥技术的发展主要是随着远红外加辐射元件的发展而决定的。在我国70年代使用的远红外元件多为碳化硅、金属管、电阻带、陶瓷、半导体、搪瓷等元件，这些元件因其材质和制造厂家不同，其性能也良莠不齐，一般电能辐射转换效率在40～50%之间。5、远红外加热技术匹配理的提出在任何加热装置中，热源均以对流、辐射和传导三种形式的热能传递给被加热物体。导热是指物体各部分无相对位移或不同物体直接接触时依靠物质分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而进行的热量传递现象。对流是依靠流体运动，把热量由一处传递到另一处的现象。无论是导热还是对流，都必须通过冷热物体的直接接触或依靠常规物质为媒介来传递热量。但热辐射的机理则完全不同，它是依靠物体表面对外发射可见和不可见的射线来传递热量。辐射加热的传递速度快，又不通过任何介质，因而大大减少了热能传递过程中的损失，从而提高了热能利用率。因此，在远红外加热技术中突出辐射加热为主，提高电能辐射转换效率是其关键。经过我国远红外科技工作者们的实践和理论探讨，在80年代初提出制造远红外元件的基本参数—红外匹配辐射率，电能辐射转换率。前者是实现节能的必要条件，后者为充分条件。6、远红外的匹配吸收加热所谓匹配辐射是指当照射到物体上的红外线的频率与组成该物体的物质分子的振动频率相同时，分子就会对红外辐射能量产生共振吸收，同时通过分子间能量的传递，使分子内能(振动能及转动能)增加，也就是分子平均动能增加，表现为物体温度升高。匹配吸收的主要含义是指红外线加热器发射出来的选择性辐射的频率与被加热物质分子本身的振动频率相一致，此时引起的共振吸收即为匹配吸收。-76- 哈尔滨理工大学学士学位论文匹配吸收对薄层加热有重要意义，如烤漆、塑料加工和某些盐类的脱水干燥等。而对厚物料加热意义不大，因为远红外线对一般物质的穿透能力很低，一般只能穿透几微米到几毫米之间，其能量即使不被表面分子所吸收，也会被物体内所吸收，在这种情况下主要设法降低反射率，以此来提高吸收率。某些被加热物质由于烘烤质量或加工工艺要求，希望被加热物体内外同时受热，如:木材的烘干，希望内外同时受热以免开裂;又如塑料的熔化亦要求内外同时受热以免外部温度过高而老化。因此，对这些物质加热时应考虑非匹配吸收，让一部分远红外线透入体内，达到均匀加热的目的。在80年代中期国内远红外科技工作者们根据匹配辐射能理论，研制出SHQ乳白石英管、镀金石英管、微晶玻璃灯等新型的远红外元件，这些元件的电能辐射转换效率在60～65%之间。7、远红外加热技术的应用现状远红外加热技术在70年代仅限于0～450℃的中温加热领域。到了80年代已达到600～750℃的中温加热领域。在以前的远红外加热烘道、烘箱中虽然强调以辐射为主加热，但是还有一部分热能以传导、对流的形式加热。因此烘道、烘箱都要求做到密闭、保温。到90年代中期研制成功的远红外定向强辐射器，在电能辐射转换效率方面有新的突破。其电能辐射转换效率高达78%以上，法向发射率大于92%，热响应时间小于2分钟。该产品以极强的红外辐射源在空间垂直沿内形成宽谱波定向辐射，热稳定性好，长期使用，特性不退变，使用温度在60～900℃之间任意可调。其发出的热光子束流，在辐射平面内均匀分布，克服了国内各种红外加辐射元件温度分布不均匀的问题。为在我国工业结构中推广世界先进水平的开放式快速干燥机型提供了必备条件(该产品是开放式干燥机型的核心环节)。即烘道、烘箱再不要求密闭、保温。该产品由于在材料应用中采用国际、国内最先进的技术手段，使用寿命大大提高，远远超出了目前国内同类产品的使用寿命，并在维修上非常简单，可重复使用多年，克服了国内外同类产品一次性使用的弊端，是目前最为理想的烘烤加辐射元件。远红外加热技术从我国70年代的碳化硅、金属管、电阻带、陶瓷、半导体、搪瓷等元件到80年代的石英管、镀金石英管、微晶玻璃灯等元件，一直到目前的远红外定向强辐射器，经过三个阶段，迈出三大步。远红外元件的电能辐射转换效率由40～50%提高到78%以上。烘道、烘箱由密闭、保温型发展到开放型。总之，我国的远红外加热技术经过20多年的发展取得了可喜的成绩。在当前我国电力十分紧张的情况下，远红外加热水平的提高，在节能和提高加热干燥物质量方面具有十分重要的意义。应在加热干燥领域大力推广这一技术。-76-'