一、熱量傳遞的基本形式
(一)材料的熱量傳遞
煙葉烘烤過程的熱量傳遞是一個複雜過程,包括烘烤設備內的供熱傳熱及設備內外的熱交換,都是由導熱、熱對流和熱輻射這三種基本方式完成。
烘烤設備內的供熱傳熱是熱管內的熱量傳遞到裝煙室,要求傳熱相對充分而且穩定,設計和製作換熱器(煙管或火管)時,K值要相對大一些更好,而且要有足夠的換熱麵積,還要考慮形式結構和熱穩定性;通過烘烤設備圍護結構向外部的導熱則要求越少越好,即絕熱性能要好,需要選擇K值小的結構和材料。
K值大小取決於兩種流體的各自性質和流動情況和固體壁材料的導熱係數(λ)、厚度(δ)、形狀和大小等。平壁的導熱量Q可用公式表示。
Q=λA(t2-t1)δ式中λ--材料的導熱係數,kJ/(m·h·℃);A--導熱麵積,m2;t2--高溫表麵溫度,℃;t1--低溫表麵溫度,℃。
常用材料的λ。其中空氣的λ值最小,金屬的λ值最大。通常把導熱係數λ值小於0.2×4.18kJ/(m·h·℃)的材料叫做"隔熱材料"。導熱係數小的材料可根據其經濟性作為建築材料,導熱係數大的材料可以作為換熱材料。
(二)對流換熱
靠液體或氣體本身的流動以及與之接觸的固體表麵之間實現的熱傳遞過程,稱為對流換熱或熱對流。產生這種換熱或稱為放熱,有兩種情況:一種是流體受外力的作用(例如受風機、泵等的吹送)而產生的受迫對流;另一種是流體內部因溫度不均衡形成的密度差而引起的所謂自然或自由對流,如烤房內火管向周圍空氣中散熱過程。
熱對流的傳熱量是由傳熱時間、對流速度、傳熱麵積及對流物質所決定的。在穩定狀態下對流換熱量Q與其傳熱麵積A和傳熱溫度Δt之間的關係,可用:Q=α·A·Δt表示。
在單位時間內單位麵積上,固體壁麵與流體接觸的熱流量q,與流體溫度和熱管外壁溫度之差Δt成正比:q=αΔt式中α--表麵傳熱係數kJ/(h·m2·℃)。
表麵傳熱係數α表示物體表麵與流體間熱交換強度,即每單位時間內流體與壁麵溫度相差1℃時通過單位麵積傳遞的熱量。放熱係數與熱管壁的形狀、壁麵幾何尺寸、換熱的固體壁麵溫度、流體速度、流體溫度,以及流體的導熱係數、比熱容、密度、黏度等有關,在此不予討論。
(三)熱輻射
熱源借助於電磁波直接向周圍傳熱量的方式,叫做熱輻射。跟傳導和對流不同,輻射方式傳遞熱不需任何媒介物,可以在真空中進行,地球上得到太陽的熱就是通過輻射方式傳遞的。
紅外輻射是一種熱輻射,紅外輻射的本質是波長>0.76μm的電磁波輻射,是一種不可見光輻射。大氣上界的太陽輻射可見光區(0.39~0.76μm)占總能量的45.5%,紅外線(>0.76μm)占47.3%,紫外光(<0.39μm)占7.2%。紅外輻射具有突出的熱效應和較強的穿透性,能迅速進入材料內部深處,傳熱快而均勻。人們常用其對糧食、果蔬、木材、漁產、藥材等加熱幹燥。據陸必遠等的測定結果表明:煙葉對紅外線全波段的吸收率為0.96,-CH基團在波長3.4、3.5、6.8、7.5μm有很強的吸收峰,-CO基團的吸收峰在5.8μm,蛋白質在6.2μm,脂類為9.5μm。因此,紅外輻射用於煙葉烘烤過程,不僅能減小烤房內平麵及垂直溫度差,加速煙葉幹燥,節約能源,而且促進煙葉內有機物質的分解轉化,提高初烤煙葉質量也是可能的。