4.3.1 Оптимизация расположения обогревателей

Для получения наиболее равномерного распределения лучистой энергии по поверхности обогреваемого помещения необходимо найти такое размещение обогревателей, при котором на заданном расстоянии от инфракрасных излучателей температура (плотность энергии) была распределена равномерно. В третьей главе было определено распределение температуры по плоскому экрану при облучении его одним обогревателем. Используя полученные данные аппроксимируем распределение температуры от одного обогревателя следующими функциями:

(4.2)

(4.3)

х и у – в сантиметрах.

При этом отличие экспериментальных значений от аналитических невелико (рис.4.4)

Рис. 4.4 Сравнение экспериментальных данных с аппроксимированными кривыми (сплошные линии – результаты эксперимента) а – в плоскости хz, б – в плоскости уz.

В случае не оптимального расстояния между обогревателями в плоскости хz Dl_х =50 см на расстоянии 50 см от обогревателей получим следующее распределение температуры (рис. 4.5):

Рис. 4.5. Сложение излучений от двух излучателей при Dl_х=50 см

Вслед за [26] за параметр определяющий равномерность распределения удельной мощности примем:

,(4.4)

где P_max(Dl) и P_min(Dl) – максимальное и минимальное значение функции распределения температуры на участке относительно равномерного распределения (от максимума первого обогревателя до максимума от второго), при фиксированном расстоянии Dl между обогревателями.

З ависимость g от расстояния между обогревателями (рис. 4.6) имеет минимум, который и является оптимальным расстоянием между излучателями.

Рис. 4.6 Зависимость относительной неравномерности g от расстояния между обогревателями.

Оптимизируем расстояние между двумя обогревателями в плоскости хz, т.е. расположим обогреватели на расстоянии Dl_х при котором g(Dl_х)=min.

На рис. 4.7 представлено оптимальное (с точки зрения равномерности) распределение удельной температуры в плоскости xz, на расстоянии 0,5 метров от обогревателей.

Рис. 4.7. Распределение относительной удельной температуры при оптимальном (Dl_х=0,58 м) расстоянии между двумя обогревателями

Проведем такие же расчеты для плоскости уz.

В случае не оптимального расстояния между обогревателями в плоскости yz Dl_y =100 см на расстоянии 50 см от обогревателей получим следующее распределение температуры (рис. 4.8):

Рис. 4.8. Сложение излучений от двух излучателей при Dl=100 см

Зависимость g от расстояния между обогревателями в плоскости хz имеет минимум, который и является оптимальным расстоянием между рупорами.

Рис. 4.9. Зависимость относительной неравномерности g от расстояния между обогревателями.

Оптимизируем расстояние между двумя обогревателями в плоскости yz т.е. расположим обогреватели на расстоянии Dl_y при котором g(Dl_y)=min.

На рис. 4.10 представлено оптимальное (с точки зрения равномерности) распределение удельной температуры в плоскости yz на расстоянии 0,5 метров от обогревателей.

Рис. 4.10. Распределение относительной удельной температуры при оптимальном (Dl_y=0,83 м) расстоянии между двумя обогревателями

При необходимости создать равномерную поверхностную плотность энергии по всей площади пола обогреваемого помещения или на поверхности изделия больших размеров необходимо многорядное размещение инфракрасных обогревателей. При этом обогреватели можно размещать как порядково (коридорно), так и в шахматном порядке (рис.4.11).

Рис. 4.11. Порядковое (а) и шахматное (б) распределение обогревателей

На рис. 4.10 показаны линии уровня распределения нормированной температуры получаемой при порядковом размещении шести обогревателей на оптимальных расстояниях.

Рис. 4.12. Распределение нормированной температуры (а) получаемой при порядковом размещении шести обогревателей на оптимальных расстояниях (б).

При нахождении оптимального расстояния между обогревателями необходимо помнить, что оптимальное расстояние зависит от расстояния до плоскости, для которой проводится оптимизация. Так, например оптимальное расстояния между обогревателями для плоскости, расположенной на расстоянии 2 м, для обогревателя ИТФ "Элмаш-микро" составляет 232 и 332 см для плоскостей zx и zy соответственно, т. е. ровно в четыре раза больше, чем для расстояния в 0,5 м. Таким образом, оптимальное расстояние прямо пропорционально расстоянию до плоскости оптимизации.

Однако функция γ при удалении от обогревателя меняет свой характер (рис. 4.13). Так, например, при небольших расстояниях между обогревателями можно получить большую равномерность облучения объекта, чем на оптимальном расстоянии.

Рис. 4.13. Зависимость относительной неравномерности g от расстояния между обогревателями.

Таким образом, в случае проектирования системы инфракрасного обогрева помещений проектировщику необходимо будет решить задачу оптимального (с точки зрения наиболее равномерного распределения ИК мощности) размещения обогревателей относительно друг друга для заданного расстояния до нагреваемых объектов.