требуется нагреть лазером никелированный хим.чернённый кружочек (толщина 0,2 мм, диаметр 12 мм) до температуры 300 градусов. Кто может подсказать на какой лазер надо ориентироваться: мощность? длинна волны?... Заранее Спасибо.
Очередной глупый вопрос: А НЕ ЛАЗЕРОМ - нельзя? (Это уже сильно обсуждалось для нагрева "теплоносителя" неделю-две назад)
Прикинем, как говориться, фиг к носу. Всё для абсолютно-упругого сферического ... ну вы в курсе. Для начала: S0 = 2,34 e-4 метр. кв. = 2,34 см. кв. - площадь поверхности Теперь расчёты. Они кривые как турецкая сабля, так что не привожу математики, только ссылки на то, по чему вычислял. Потери на конвекционный теплообмен с цилиндра (Pк) и потери на излучение с цилиндра (Pизл), полагая его абсолютно чёрным телом. Получается что на нагрев воздуха вокруг себя цилиндр с температурой 300'С тратит Рк ~9 Вт, а на излучение со своей поверхности Ризл ~1,4 Вт. Соответственно, чтобы поддерживать температуру в 300'С необходимо уже около 10 Вт лазерного излучения без отражения (с полным поглощением) от цилиндра. При этом процесс нагрева затянется на бесконечность (т.к. температура цилиндра асимптотически стремиться к температуре 300'С). Для нагрева за конечное время мощность надо увеличивать. Что-то сомнительно, но мне кажется, что ~35Вт необходимо средней мощности излучения, чтобы нагреть цилиндр за секунду. Расчёт ОЧЕНЬ приближённый, так что ошибка на порядок вполне возможна.
Ну, судя по тому, что нагревать можно только лазером, объект, наверное, в вакууме. Поэтому Pk~9Вт выкидываем. Итого Pизл*3.5 = 5Вт (где коэфициент 3.5 выведен из предыдущих размышлений об увеличении с 10 до 35 Ватт) для секундного нагрева до 300°С. Ошибку на порядок спишем на то, что для нагрева понадобится, допустим, от 0.1 до 10 сек. Всё-таки хотелось бы узнать: почему обязательно лазером? Вон Матвиенко в Питере сосульки собралась лазером сбивать. А они вообще такие - прозрачные (ну не для CO2, конечно). Гораздо проще сбить лазером сосулю, если звездануть по ней этим самым лазером. (Допустим ЛГН-110).
Коэффициента 3,5 по сути нет. 25 Вт - та мощность, которая нужна для нагрева от 30' до 300'С такой пластинки никеля (расчёт через теплоёмкость). Вот и получилось 10 Вт + 25 Вт - 35 Вт. По мне, так чем мучиться с лазером проще нагревать мощной лампой (дуговой). Ибо "с нуля" освоить лазер даже пусть в 5 Вт, даже пусть полупроводниковый, намного сложнее чем найти очень мощный прожектор. Но я этого не говорил на лазерном форуме. Хотя СВЧ и индукционный нагрев ещё проще и эффективнее. Даже если никель в вакууме, то, надеюсь, не на лунной орбите. А в таком случае можно применить и эти два метода.
ну глупым он может казаться только тому у кого не хватает информации по теме!, - согласен, мой косяк!,..не всё рассказал)))... объект (никель) подвижный, они (объекты) периодически меняются..... среда - воздух,.... нагрев плавный в течении 15-20 секунд.
Раз вокруг воздух, то 9 Вт на конвекцию возвращаем. Оценённая в 35 Вт мощность превращается в ~12 Вт, т.к. время нагрева заявлено в 15-20 с. Но всё равно Вашего описания недостаточно. Уточните весь процесс и опишите ситуацию по-подробнее. Одно только то, что пластинки движутся, может свидетельствовать о том, что может меняться угол падения луча на пластинку, а соответственно отражение будет расти и необходимая мощность лазера уходить в дурную бесконечность. А может, и не может. Опишите, интересно стало.
Точно, за счёт того, что из "свободной конвекции" т.е. без обдува, она переходит в раздел "вынужденная конвекция", т.е. с обдувом. Вырастать мощность идущая на конвекцию (Рк) может в 2 - 200 раз.
при нагреве объекта луч падает строго перпендикулярно и объект неподвижен. после нагрева до 300 градусов, в зону лазера подводиться следующий холодный объект и т.д. Кстати про материал.... это не обязательно должен быть никель, возможен (и даже вероятно необходим) другой металл с наилучшим поглащением энергии лазера. кто про это что знает?
почему лазером?... звёздные войны любил смотреть маленьким!)))) не... ну просто изыскания пока... сейчас нагреваем индуктивно - достаточно габаритная конструкция получается, задумался над уменьшением МГП, достаточно технологично и по изготовлению меньше мороки было бы, если б всё зарабатоло...
спасибо за информацию, согласен с рассуждением по поводу 12 Вт, воспроизвёл в маткаде - всё боле-менее сходиться.....
Позвольте ещё одно предложение. Раз Вы хотите уменьшить габариты установки в целом, может Вам лучше использовать комбинацию методов. Например трёх таких (либо любое другое их сочетание): 1. Нагрев индукционным методом. При этом уменьшить размер и подводимую к индуктивной печи (катушке) мощность. 2. Для "выкидывания" 9 Вт на конвекцию - обдувать объект горячим воздухом. Как из паяльного фена, который даст 300'С без особого труда. При этом потери на конвекцию уйдут. Если обдув горячим воздухом не подходит, то хотя-бы увеличьте температуру воздухе в зоне нагрева. Каждый градус в плюс скидывает с лазера ~30 мВт. 3. ИК нагрев при помощи мощных ламп (они, кстати дадут как сюда профит, так ещё и в пункт 2, ибо КПД далеко не 100%) или лазера. Например даже полупроводниковый диод, типа такого, даст если уж не все 5 Вт в нагрев, так хоть 3-4 Вт, что при температуре воздуха в камере нагрева (219'С - для 3 Вт и 192'С для 4Вт) должен дать требуемый нагрев до 300'С. Посмотрите, что добавление одного ватта мощности лазера равноценно поднятию температуры в камере нагрева на 27'С. Я думаю, что воздух вокруг заготовки нагреть проще. Обязательно расскажите о том что решили и как применили. Интересно же.
если б намертво законтактить то да!, но так как требуется "мобильность" объекта нагрева, то контакт "плавающий"... а учитывая значительные токи для нагрева и контактное сопротивление провод-объект - то не вариант!
комбинация методов не приведёт ли к ещё большему увеличению МГП? , особенно преднагрев горячим воздухом...не хотелось бы так наварачивать.
Ну вот как раз с нагревом воздуха (воздухом) не так всё плохо, так как есть готовые (читай, дешёвые и хорошие ) методы. От паяльного фена, до просто подключаемой нихромовой спирали под объектом. Такая спираль греет и воздух и отдаёт часть энергии излучением. А лазером и индуктивным методом лишь добивать недостающий ватт на нагрев и поддерживать 300' С, т.к. эти два метода проще модулировать по мощности.
