單紹琪，伍錦鳴，文雅欣，李汴生，郭曉雪，黎玉茗，阮 征，李丹丹，吳子東

（1.華南理工大學 食品科學與工程學院，廣東 廣州 510640；2.廣東中煙工業(yè)有限責任公司，廣東 廣州 5106103；3.廣州才是科技有限公司，廣東 廣州 510070）

0 引言

遠紅外輻照（Far infrared radiation，F(xiàn)IR）技術(shù)是一種新型的食品干燥技術(shù)，具有經(jīng)濟、高效、設備簡單易操作等特點。由于紅外線有很強的穿透力，能直接穿透厚層的不透明體[1]，因而遠紅外干燥技術(shù)的應用越來越廣泛，尤其是對植物性原料的干燥[2]。針對遠紅外干燥技術(shù)在食品干燥方面的研究，主要集中在以下3 個方面：一是遠紅外干燥工藝條件的探究，申彩英[3]等、胡潔[4]、羅劍毅[5]、李武強[6]等對遠紅外分別在干燥香菇、胡蘿卜、稻谷、桔梗等方面進行了工藝研究；二是遠紅外干燥機理的研究，多集中在遠紅外干燥過程中對物料內(nèi)部水份遷移規(guī)律的探究，較少涉及遠紅外射線的研究，比如劉宗博[7]等應用低場核磁共振技術(shù)對遠紅外干燥過程中雙孢菇內(nèi)部水分狀態(tài)進行分析，探尋水分遷移規(guī)律。Xu[8]等通過核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）和差示掃描量熱法（differential scanning calorimetry，DSC）研究了遠紅外干燥（far infrared drying，F(xiàn)ID）對胡蘿卜的水分狀態(tài)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）的影響。第三則是遠紅外結(jié)合其他干燥技術(shù)的拓展，比如熱泵-遠紅外聯(lián)合干燥工藝[9]、微波-遠紅外組合干燥機理[10]。

在遠紅外干燥技術(shù)的應用研究之外，對遠紅外發(fā)射源的開發(fā)亦成為研究熱點。Guo 等[11]人和Lee 等[12]人分別發(fā)現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)不同材料、不同氧化態(tài)，其比輻射率都存在著不同；林少波等[13]人則發(fā)現(xiàn)不同材料配比亦可形成不同的遠紅外發(fā)射源；修大鵬等[14]更是利用不同陶瓷材料之間的配比研制出新型遠紅外發(fā)射材料。同時，利用遠紅外發(fā)射材料分別形成了3 種形式的遠紅外干燥設備：一是板狀的遠紅外發(fā)射源，Longyang Yao[15]等研究不同預處理后遠紅外干燥對芒果片的品質(zhì)影響中利用的遠紅外干燥箱即為板狀的遠紅外發(fā)射源；二是燈管狀的遠紅外發(fā)射源，趙麗娟[16]在對枸杞的遠紅外干燥工藝條件的探究中使用了石英遠紅外燈管的真空遠紅外干燥箱；三是遠紅外涂層烤箱，黃飛[17]等人設計了遠紅外涂層煙葉烤箱。這些遠紅外干燥箱均存在發(fā)射源更換不易，造價昂貴等問題，由此便攜、易替換的點狀發(fā)射源應運而生。但關(guān)于點狀發(fā)射源的研究報道目前存在空白。

基于此，本實驗以點狀遠紅外發(fā)射源為研究對象，利用Ophir 3A 功率計測定發(fā)射源在不同溫度、不同測定波長對功率密度的影響，同時測定了點狀發(fā)射源的功率密度分布規(guī)律并據(jù)此設計了一種均勻場能的遠紅外發(fā)射源組合模型，以期為遠紅外輻照烘箱的設計、遠紅外干燥技術(shù)的研發(fā)與應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 遠紅外材料

遠紅外發(fā)射源①、②由廣州才是科技有限公司提供，發(fā)射源①內(nèi)部裝有發(fā)射源②，發(fā)射源①具有一半徑為2 cm、高2 cm 圓柱形金屬外殼，其正面為不銹鋼網(wǎng)（D＝3.6 cm、編織網(wǎng)格大小為1 mm×1 mm），反面及側(cè)面為厚度為2 mm 的不銹鋼板焊接而成，發(fā)射源②為不銹鋼網(wǎng)制成的圓柱形殼體（見圖1），其金屬網(wǎng)罩內(nèi)部裝3個呈等邊三角形排列的遠紅外燒結(jié)材料圓環(huán)，圓環(huán)外徑1.8 cm、內(nèi)徑0.7 cm，平均質(zhì)量5.00 g（見圖2(a)）；燒結(jié)材料比輻射率為0.86。

陶瓷碎片和玻璃碎片由超市購買陶瓷杯與玻璃杯敲碎制成，平均質(zhì)量約5.50 g，如圖2所示。

圖1 點狀遠紅外發(fā)射源Fig.1 Point-Shaped Far-Infrared Emission Source

圖2 不同遠紅外材料Fig.2 Different far infrared materials

1.2 儀器和實驗設備

DHG-9070A 電熱恒溫鼓風干燥箱（上海精宏實驗設備有限公司）、Ophir 3A 功率計（Ophir Optronics Solutions Ltd.）、NOVAⅡ表頭（Ophir Optronics Solutions Ltd.）、Center 309 熱電偶（Center Technology Corporation）。

1.3 實驗方法

1.3.1 不同遠紅外材料的功率密度測定

選擇較為常見的陶瓷、玻璃材料與本實驗的研究對象——遠紅外燒結(jié)材料進行對比。將相同質(zhì)量的陶瓷碎片、玻璃碎片以及遠紅外燒結(jié)材料放入電熱恒溫鼓風干燥箱中，200℃下加熱至恒定溫度，用熱電偶測定不同材料的實時溫度。在同一法向距離（L＝1 cm）下、同一波長（λ＝9 μm）下，用Ophir 3A 功率計測定每種材料的功率（單位：W），從NOVAⅡ表頭讀數(shù)并記錄，測定得到的功率除以靶面面積即可計算得到其功率密度（單位：W·cm－2）。

1.3.2 質(zhì)量對遠紅外燒結(jié)材料的功率密度影響

將遠紅外燒結(jié)材料粉碎后重新組合成3 個底面直徑D＝2 cm，高分別為1 cm、2 cm、3 cm 的圓柱體，所得圓柱體質(zhì)量分別為3.007 g、6.000 g、9.006 g，并標號為M1、M2、M3。在L＝1 cm，λ＝9 μm 下，功率密度測定方法同1.3.1。

1.3.3 表面積對遠紅外燒結(jié)材料的功率密度影響

將遠紅外燒結(jié)材料粉碎后重新組合成3 個質(zhì)量相同（9.000±0.005 g），底面直徑分別為D＝2 cm、3 cm、4 cm，高分別為3 cm、1 cm、0.5 cm 的圓柱體，并標號為D1、D2、D3。在L＝1 cm，λ＝9 μm 下，功率密度測定方法同1.3.1。

1.3.4 不同遠紅外發(fā)射源的功率密度分布測定

將遠紅外發(fā)射源①、②號均放入電熱恒溫鼓風干燥箱中，150℃下加熱至恒定穩(wěn)定，用熱電偶測定遠紅外發(fā)射源的實時溫度在L＝1 cm，λ＝9 μm 下，功率密度測定方法同1.3.1。

1.3.5 不同波長下遠紅外發(fā)射源功率密度測定

將①號發(fā)射源放入電熱恒溫鼓風干燥箱中，200℃下加熱至恒定溫度，用熱電偶測定遠紅外發(fā)射源的實時溫度。在同一法向距離（L＝6 cm）、同一溫度下，用Ophir 3A 功率計測定不同波長（2 μm、3 μm、4 μm、5 μm、6 μm、7 μm、8 μm、9 μm、10 μm、11 μm）下遠紅外發(fā)射源的功率（單位：W），從NOVAⅡ表頭讀數(shù)并記錄，測定得到的功率除以靶面面積即可計算得到其功率密度（單位：W·cm－2）。

1.3.6 不同溫度下遠紅外發(fā)射源功率密度測定

將①號發(fā)射源放入電熱恒溫鼓風干燥箱中，200℃下加熱至恒定溫度后將其取出置于鐵架臺上自然冷卻，用熱電偶測定遠紅外發(fā)射源的實時溫度。在同一法向距離（L＝6 cm）、同一波長（λ＝9 μm）下，用Ophir 3A 功率計測定不同溫度（50～170℃，每10℃測定一次功率）下發(fā)射源的功率（單位：W），從NOVAⅡ表頭讀數(shù)并記錄，測定得到的功率除以靶面面積即可計算得到其功率密度（單位：W·cm－2）。

1.3.7 單個遠紅外發(fā)射源功率密度分布測定

將遠紅外發(fā)射源①放入電熱恒溫鼓風干燥箱中，150℃下加熱至恒定穩(wěn)定，用熱電偶測定遠紅外發(fā)射源的實時溫度。其功率密度測定定位如圖3所示。

圖3 ①號遠紅外發(fā)射源功率密度測定定位Fig.3 Power density measurement location of far-infrared emission source①

在同一波長（λ＝9 μm）、半徑r＝0 cm 下，用Ophir 3A 功率計測定不同法向距離（L＝1 cm、2 cm、3 cm、4 cm、5 cm、6 cm、10 cm、11 cm）下的功率（單位：W），從NOVAⅡ表頭讀數(shù)并記錄，測定得到的功率除以靶面面積即可計算得到其功率密度（單位：W·cm－2）。

在同一波長（λ＝9 μm）、同一法向距離（L，單位：cm）下，用Ophir 3A 功率計測定不同半徑（r＝0 cm、1 cm、2 cm、3 cm、4 cm、5 cm、6 cm、7 cm、8 cm）下的功率（單位：W），從NOVAⅡ表頭讀數(shù)并記錄，測定得到的功率除以靶面面積即可計算得到其功率密度（單位：W·cm－2）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel以及SPSS Statistics軟件進行分析；實驗結(jié)果采用GraphPad Prism 8、OriginPro 2018以及Firstoption 軟件進行圖像繪制與曲線擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同遠紅外材料的功率密度比較

不同材料的遠紅外發(fā)射功率密度如圖4所示。在同一溫度下，3 種遠紅外材料的功率密度并不相同，遠紅外燒結(jié)材料的功率密度最高，陶瓷碎片次之，玻璃碎片最低。這說明了不同材料之間的遠紅外輻照能量存在差異，這與董宏宇[19]的研究結(jié)果相一致。在相同溫度下，紅外輻射的差異主要是由物體本身的比輻射率的不同所導致的[19]。本研究中選擇的遠紅外燒結(jié)材料與一般陶瓷材料相比，功率密度較高，比輻射率較高，具有良好的遠紅外輻照性能。因而，選擇該遠紅外發(fā)射源進行后續(xù)的輻照特性研究。

圖4 不同遠紅外材料的功率密度（λ＝9 μm，L＝1 cm）Fig.4 Power density of different far infrared materials（λ＝9 μm，L＝1 cm）

2.2 質(zhì)量與輻照面積對遠紅外燒結(jié)材料功率密度的影響

相同輻照面積下質(zhì)量對遠紅外燒結(jié)材料的功率密度如圖5所示，p為顯著性分析參數(shù)。質(zhì)量對遠紅外燒結(jié)材料的功率密度有一定影響：在低溫（40～70℃）狀態(tài)下，不同質(zhì)量的遠紅外燒結(jié)材料的功率密度并無顯著性差異；當溫度超過70℃時，質(zhì)量的增加將導致遠紅外材料的功率密度顯著提高。圖6 為相同質(zhì)量下輻照面積對遠紅外材料功率密度的影響。在相同質(zhì)量下，隨著輻照面積的增大，遠紅外燒結(jié)材料的功率密度顯著增加。對比圖5 與圖6 可知，輻照面積對遠紅外材料的功率密度的影響大于質(zhì)量的影響。故在遠紅外發(fā)射源的設計中可適當加大輻照面積，提高輻照能的利用率。

圖5 相同輻照面積下質(zhì)量對遠紅外材料功率密度的影響（λ＝9 μm，L＝1 cm）Fig.5 The effect of mass on the power density of far infrared materials under the same irradiation area（λ＝9 μm，L＝1 cm）

2.3 不同遠紅外發(fā)射源功率密度分析

遠紅外射線屬于電磁波的一種，其具有反射、干涉等特性。在同一波長下，發(fā)射源①、②各表面的功率密度如圖7所示。發(fā)射源①-正面的功率密度最大，發(fā)射源①-側(cè)面的功率密度最小。原因在于發(fā)射源①其在陶瓷材外部的四周罩上一層金屬隔層，只留正面為金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，遠紅外射線在內(nèi)部因反射作用均聚集于網(wǎng)狀一面，故其功率密度較大。而發(fā)射源①的底面和側(cè)面因受到金屬隔層的阻隔，內(nèi)部遠紅外輻射并不能透過，同時，測得一定的數(shù)值其主要是由金屬本身產(chǎn)生的紅外射線所致，因金屬的紅外特性遠低于陶瓷材料[19]，故而其功率密度最低。

圖6 相同質(zhì)量下輻照面積對遠紅外材料功率密度的影響（λ＝9 μm，L＝1 cm）Fig.6 The effect of irradiation area on the power density of far-infrared materials at the same mass（λ＝9 μm，L＝1 cm）

圖7 不同遠紅外發(fā)射源功率密度比較（λ＝9 μm，L＝1 cm）Fig.7 Power density comparison of different far infrared emission sources（λ＝9 μm，L＝1 cm）

發(fā)射源②的組成主要是在陶瓷材料外部罩上一層與發(fā)射源①正面一致的金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對比發(fā)射源②-底面與發(fā)射源①-正面的功率密度，進一步說明遠紅外輻射在發(fā)射源內(nèi)部經(jīng)過反射使其輻照能量聚集。此外，發(fā)射源②-底面與發(fā)射源②-側(cè)面的功率密度有所差異（圖7），這進一步說明2.2 中輻照面積對功率密度有較大的影響。

2.4 遠紅外發(fā)射源功率密度與波長、溫度的關(guān)系

在遠紅外干燥中干燥溫度更是遠紅外干燥技術(shù)中較為關(guān)鍵的一個控制條件，胡潔[4]、羅劍毅[5]等分別對不同的植物性原料進行遠紅外干燥實驗探究，發(fā)現(xiàn)遠紅外干燥溫度對干燥效果具有不同程度的影響。

不同溫度下①號遠紅外發(fā)射源在不同波長下的功率密度如圖8所示。從圖中可以看出，同一溫度下點狀遠紅外發(fā)射源的功率密度曲線在波長λ＝6 μm、10 μm 附近出現(xiàn)兩個峰值，不同的輻照物其發(fā)射波長不同，形成不同的吸收峰[11]。由此可以反映出發(fā)射源內(nèi)部并非由單物質(zhì)組成，至少應有兩種不同的陶瓷材料組成。同時，觀察兩個峰值可發(fā)現(xiàn)，不同溫度下的峰值對應的波長并不一致，以波長λ＝10 μm 附近的峰值為例，隨著溫度的升高，最大輻照波長會略向左偏移，即溫度越高其最大輻照波長略有減小，Mongpraneet[20]等人的研究也證明了溫度的升高會導致遠紅外輻射源的最大輻照波長有所漂移。利用遠紅外發(fā)射源的最大發(fā)射波長，可以指導選擇合適的物料進行遠紅外干燥，如對紅外吸收光譜在這峰值波長附近的物料比較適宜。

圖8 不同溫度下①號遠紅外發(fā)射源在不同波長下的功率密度Fig.8 The power density of far-infrared emitters① at different wavelengths and temperatures

此外，溫度越高其功率密度曲線的峰值越明顯，在溫度較低（T＝50℃、60℃、70℃）時，其曲線較為平緩，峰值不突出，進一步反映出，高溫可以激發(fā)遠紅外輻射能量，在低溫時其輻照效果并不顯著，這與文雅欣[21]的研究相一致。

2.5 遠紅外發(fā)射源①功率密度隨法向距離的變化規(guī)律

在遠紅外干燥技術(shù)研究中，輻射源與物料之間的距離對遠紅外輻照效果的影響是至關(guān)重要的，萬江靜[22]在探究遠紅外輻射干燥紅棗片的實驗中發(fā)現(xiàn)輻射距離是決定紅棗干制效果的關(guān)鍵因素，從而探究出最佳干燥工藝。

《1984》被公認為是對集權(quán)主義最形象的描述。小說中的大洋國就像是一座恐怖的全景敞視監(jiān)獄，所有黨員都處在官方的監(jiān)視當中，每一個房間的墻壁上都安有電子屏幕，竊聽器可能隨處都在，思想警察也可能藏匿在任何一個地方……它讓我們看到了一個時時都在被監(jiān)視的全景敞視社會。

圖9 為不同法向距離下①號遠紅外發(fā)射源功率密度的變化，其衰減率如表1所示。隨著法向距離L的增大，發(fā)射源的功率密度呈下降趨勢，輻照能逐漸衰減。整個下降過程分為3 個階段：在L≤3 cm 時，其衰減幅度較小，其功率密度衰減率在10.00%以內(nèi)；當3 cm＜L≤6 cm 時，功率密度衰減速率增大；當L＞6 cm 時，功率密度的衰減速率逐漸趨緩。由此，遠紅外發(fā)射源①的輻射距離在3 cm 以內(nèi)時，功率密度的衰減率最低，能量利用率較高。

圖9 不同法向距離下①號遠紅外發(fā)射源功率密度（λ＝9 μm，r＝0 cm）Fig.9 Power density of far-infrared emitters① at different vertical distances（λ＝9 μm，r＝0 cm）

表1 r＝0 cm 下①號紅外發(fā)射源功率密度的衰減率Table 1 The decay rate of power density of far-infrared emission source① at r＝0 cm

根據(jù)紅外輻射原理，光源在空間內(nèi)的M點上的輻照強度可用以下公式表示[23]：

式中：Ej(M,λi)表示發(fā)射源在λi波長下、M點處的輻照強度，W·m－2；I(Sj,θjout,?jout,λi)表示發(fā)射源Sj在方向（θjout,?jout）、輻照波長為λi下的發(fā)射強度；τ([M,Sj],λi)表示大氣透過率；則表示發(fā)射源Sj到M點之間的距離，m。

在本實驗中，Ej(M,λi)即為所測功率密度，即為法向距離L。而I(Sj,θjout,?jout,λi)在相同溫度、相同波長、法向距離上僅由發(fā)射源決定，故可視為常數(shù)。同時，大氣透過率的影響因素主要為大氣中的各種氣體物質(zhì)以及輻照距離[24]：

式中：σ表示衰減系數(shù)；χ為法向距離L。聯(lián)合公式(1)、(2)，可得功率密度E與法向距離L的關(guān)系：

由此，可以建立數(shù)學模型進行擬合，結(jié)果如表2。

表2 不同溫度下遠紅外發(fā)射源①法向輻照強度的擬合結(jié)果(λ＝9 μm)Table 2 Fitting results of far-infrared emission source ① normal radiation intensity attenuation at different temperatures(λ＝9 μm)

根據(jù)表2 不同溫度下遠紅外發(fā)射源①法向輻照強度的擬合結(jié)果，決定系數(shù)的擬合優(yōu)度R2均大于0.9600，說明該模型能較好地反映遠紅外發(fā)射源①功率密度E與法向距離L之間的關(guān)系。圖10 為70℃下遠紅外發(fā)射源①功率密度E與法向距離L的擬合曲線，實驗所得數(shù)據(jù)均勻分布在擬合曲線附近，重合度較高，進一步體現(xiàn)了該模型的可信性。該模型的建立可為遠紅外干燥技術(shù)中輻照距離對干燥速率、成品品質(zhì)的影響提供了理論依據(jù)，同時對干燥工藝的參數(shù)設置提供參考。

2.6 遠紅外發(fā)射源①功率密度隨半徑r 的變化規(guī)律

圖11 為不同半徑下①號遠紅外發(fā)射源功率密度的變化，其衰減率如表3所示。隨著平面半徑r的增大，發(fā)射源的功率密度呈下降趨勢，輻照能量逐漸衰減。在法向距離L＝6 cm，r≤1 cm 時，其功率密度衰減率為0，輻照能量并沒有減小，主要原因在于實驗中的發(fā)射源是一個底面半徑為1 cm、高為1 cm 的圓柱體，因而在圓柱底面垂直投影面下其輻照能量基本無衰減。當r＞1 cm 時，功率密度隨r的增大而減小，至r＝7 cm 左右，功率密度為0，遠紅外能量基本衰減完全。其中，L＝6 cm，r＝3 cm時，其衰減率在40%～45%，基本可以判斷半衰減率發(fā)生在r＝3 cm。由于光路沿直線傳播，根據(jù)相似三角形的原理（如圖12所示），可知當L＝3 cm 時，半衰減率發(fā)生在r＝2 cm。

圖10 70℃下遠紅外發(fā)射源①法向輻照強度的擬合結(jié)果（λ＝9 μm）Fig.10 Fitting result of the normal radiation intensity of the far-infrared emission source at 70℃ (λ＝9 μm)

由此該遠紅外發(fā)射源的功率密度空間分布如圖12所示。

2.7 探究組合式遠紅外發(fā)射源功率密度分布模型

根據(jù)2.5 中遠紅外發(fā)射源的功率密度與法向距離L、半徑r的關(guān)系，擬設計一個能源利用率最大化、場能分布均勻的遠紅外組合模型。因L＝3 cm，r＝2 cm時，其衰減率為50%左右，同時考慮發(fā)射源本身的半徑大小，故相鄰的兩個發(fā)射源間距為2 cm。該設計下，物料輻照距離為3 cm（L＝3 cm）時，遠紅外輻照能量利用率最高。圖13 為兩個①號遠紅外發(fā)射源的相距2 cm 組合后，功率密度分布示意。

圖11 不同半徑下遠紅外發(fā)射源功率密度（λ＝9 μm、L＝6 cm）Fig.11 Power density of far-infrared emitters① with different radii（λ＝9 μm、L＝6 cm）

表3 L＝6 cm 下遠紅外發(fā)射源功率密度的衰減率Table 3 Decay rate of power density of rar-infrared emission source① at L＝6 cm

圖12 點狀遠紅外發(fā)射源功率分布示意圖Fig.12 Power distribution of point-shaped far-infrared emission source

圖13 兩個①號遠紅外發(fā)射源組合功率密度分布Fig.13 Combined power density distribution of two No.① far infrared emission sources

圖14 為組合式遠紅外發(fā)射源的分布。

圖14 組合式遠紅外發(fā)射源的分布模型Fig.14 Distribution model of combined far-infrared emission source

為了驗證以上模型是否做到使遠紅外能量分布均勻化，特進行以下驗證實驗：

將組合式遠紅外發(fā)射源放入電熱恒溫鼓風干燥箱中，150℃下加熱至恒定穩(wěn)定，用熱電偶測定遠紅外發(fā)射源的實時溫度。組合式遠紅外發(fā)射源功率密度測定點分布如圖15所示。

在同一波長（λ＝9 μm），L＝3 cm 下，用Ophir 3A功率計測定各測定點的功率（單位：W），從NOVAⅡ表頭讀數(shù)并記錄，測定得到的功率除以靶面面積即可計算得到其功率密度（單位：W·cm－2）。

圖15 組合式遠紅外發(fā)射源功率密度測定點分布Fig.15 Distribution of power density measurement points of combined far-infrared emission source

測定結(jié)果如圖16。

對照圖15 的測定點分布，可以將測定點分為3類：第一類為每個點狀遠紅外發(fā)射源正下方的測定點，即為測定點1、3、5、11、13、15、21、23、25；第二類為相鄰兩個點狀遠紅外發(fā)射源之間的中心位置的測定點，即為測定點2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24；第三類為相鄰的4 個點狀遠紅外發(fā)射源所形成的正方形的中心位置的測定點，即為測定點7、9、17、19。每兩個相鄰的發(fā)射源之間的距離為2 cm，結(jié)合發(fā)射源半徑為2 cm，故3 類測定點在L＝3 cm 下，距離相鄰點狀遠紅外發(fā)射源的r分別為第一類測定點的r＝0 cm，第二類測定點的r＝3 cm，第三類測定點的r＝3×21/2cm。

圖16 組合式遠紅外發(fā)射源功率密度分布（λ＝9 μm、T＝90℃、L＝3 cm）Fig.16 Power density distribution of combined far-infrared emission source（λ＝9 μm、T＝90℃、L＝3 cm）

觀察圖16，第一類測定點的功率密度較為接近且普遍高于其他兩類測定點的功率密度，原因在于這類測定點位于每個發(fā)射源的正下方r＝0 cm，其功率密度的衰減率最低。第二類測定點的功率密度僅次于第一類測定點的功率密度，基本高于第三類測定點的功率密度。結(jié)合2.6 中同一法向距離下r對功率密度的影響規(guī)律：功率密度隨著r的增大而減小。故第二類測定點距離相鄰的發(fā)射源的r＝3 cm，由表3 可知相鄰兩個發(fā)射源的功率密度在該類測定點的衰減率均為50%，功率密度疊加之后其效果與第一類測定點相近。而第三類測定點距離相鄰的發(fā)射源的r＝3×21/2cm，由表3 可知，相鄰的發(fā)射源在該類測定點的功率密度衰減率為70%～80%，由此可以解釋第三類測定點的功率密度均低于前兩類測定點。此外，在同一類測定點中存在差異功率密度差異較大的情況，比如第二類測定點中測定點6、16 的功率密度較大，導致這種差異的主要原因在于每個點狀遠紅外發(fā)射源之間存在差異。

整體上來看，組合式遠紅外發(fā)射源功率密度分布結(jié)果基本符合模型預想，各點的功率密度趨于均勻化，利用這個組合式遠紅外發(fā)射源進行干燥實驗可以使物料受到較為均衡的輻照處理，提高干燥效果。

3 結(jié)論

3 種材料（陶瓷、玻璃、遠紅外燒結(jié)材料）均具有紅外輻射特性，其中遠紅外燒結(jié)材料的功率密度最高。故該遠紅外燒結(jié)材料具有良好的遠紅外輻照特性，同時，質(zhì)量、輻照面積以及金屬外罩均對功率密度有顯著影響。此外，遠紅外發(fā)射源的功率密度隨著溫度的升高而升高，其功率密度峰值對應的波長主要在λ＝6 μm、10 μm 附近。單個遠紅外發(fā)射源①其功率密度分布呈放射狀：L＝0～3cm、r＝0～1cm 范圍內(nèi)，遠紅外能量的衰減率較低，并建立了功率密度E與法向距離L的數(shù)學模型：。之后，利用①號遠紅外發(fā)射源的功率密度分布規(guī)律設計了一個組合式遠紅外發(fā)射源：兩個發(fā)射源之間相距2 cm，物料輻照距離為3 cm 時，其功率密度較為均勻，能量利用率較高。