وتستخدم الأفران الكهربائية على نطاق واسع في العمليات الصناعية لمواد التدفئة، ففهم الخسائر الحرارية، ولا سيما الخسائر الحرارية الإشعاعية من خلال جدران الفرن، أمر أساسي لتحسين الكفاءة وإدارة الطاقة، وهذه المادة توفر مثالا عمليا على حساب الخسائر الحرارية الإشعاعية في جدار الفرن الكهربائي.

Understanding Radiative Heat Transfer

ويحدث نقل الحرارة الإشعاعية عندما تنبعث الحرارة من سطح ساخن وتنتقل من خلال موجات الكهرومغناطيسية إلى محيطات أكثر تبريداً، وفي الأفران الكهربائية، فإن الجدران العالية الحرارة تنبعث من الإشعاع الذي يمكن أن يفلت مما يؤدي إلى فقدان الطاقة، ويساعد تحديد كمية هذه الخسائر في تصميم عملية عزل أفضل وتحسين الكفاءة العامة.

حساب الخسائر في الحرارة الإشعاعية

قانون (ستيفان بولتزمان) يصف القوة المشعّة من السطح:

Q = ÉA(T]4] - T]surroundings]4)

أين:

  • Q]: فقدان الحرارة الإشعاعية (W)
  • e]: Emissivity of the furnace wall
  • : Stefan-Boltzmann constant (5.67 × 10]-8] W/m2]]]]
  • A]: منطقة السطح من الجدار (m]2)
  • T]: درجة حرارة مطلقة من الجدار (K)
  • T]surroundings: درج حرارة مسطحة (K)

(أ) أن يكون الجدار الفرني مساحته 50 متراً 2]، ودرجة حرارة 1500 K، وجواز قدره 0.8، ومساحة محيطات تبلغ 300 كاف. ويمكن حساب فقدان الحرارة الإشعاعية على النحو التالي:

Q = 0.8 × 5.67 × 10-8] × 50 × (1500]4 - 3004)

حساب القيم:

Q œuv × 0.8 × 5.67 × 10-8] × 50 × (5.0625 × 10]12 - 8.1 × 10]9)

Q œuv × 0.8 × 5.67 × 10-8] × 50 × 5.0624 × 10]12

Q œ œuvre 11,516,000 W