Українські реферати:
 
Бесплатные рефераты
 

 

 

 

 

 

     
 
Енергетика СВЧ в народному господарстві: застосування НВЧ-нагріву в харчовій промисловості
     

 

Технологія

дивитися на реферати схожі на "Енергетика СВЧ в народному господарстві: застосування НВЧ-нагріву в харчовій промисловості"

Державний комітет України

з вищої освіти

Державна Академія Управління імені Серго Орджонікідзе

Курсова робота

по курсу

Природно-наукові основи сучасних технологій

Кафедра техніки і технології в машинобудуванні

на тему

Енергетика СВЧ в народному господарстві:

Застосування СВЧ - нагрівання в харчовій промисловості.

Виконав (а): студент (ка) курсу групи факультету ІМ МАШ

.

Перевірив:.

Москва, 1995 рік.

Завдання

на курсовий проект з дисципліни

«Природно-наукові основи сучасних технологій»

1. Студенту курсу групи.

.

2. Тема проекту

.

.

3. У проекті привести

.

.

.

.

4. У проекті розрахувати

.

.

.

.

5. Плакатний матеріал два аркуші формату A1 (594x841 мм)

.

.

6. Термін здачі студентом закінченого проекту

.

.

Керівник курсового проекту

.

.

Введення

Пропонована курсова робота ставить завдання дати фізичніуявлення про роботу електронних приладів НВЧ та їх застосування в різнихгалузях народного господарства, зокрема, в харчовій промисловості, атакож дати розрахункові дані по хвильовим приладів, нагрівання та сушінняматеріалів за допомогою НВЧ енергії.

Якщо в 40-х - 50-х роках електроніка СВЧ в основному служилапотребам радіолокації і зв'язку, то в останні роки вона усе ширшезастосовується в багатьох галузях господарства, прискорюючи науково-технічнийпрогрес, підвищуючи ефективність і якість виробництва.

Появі нових областей застосування потужної СВЧ електронікисприяє ряд специфічних властивостей електромагнітних коливань цьогодіапазону частот, що дозволяють створити нездійсненні ранішетехнологічні процеси або значно їх поліпшити. До них належать,наприклад: створення надчистої плазми із широким інтервалом температур;можливість серійного виготовлення простих по конструкції і зручних вексплуатації потужних генераторів СВЧ енергії, за допомогою яких можутьздійснюватися полімеризація і зміцнення різноманітних виробів і матеріалів, уЗокрема шин і лакофарбових покриттів, зміцнення металів, стабілізаціяпараметрів напівпровідників і т.д.; все більш широке застосування отримуютьнагрівання і сушіння за допомогою СВЧ різних матеріалів, зокремаприготування їжі, пастеризація молока і т.п.

Познайомити з можливостями НВЧ електроніки в галузі народногогосподарства - одна з головних завдань цієї роботи. При роботі були використаніматеріали книги Ю. Н. Пчельникова і В. Т. Свиридова Електроніканадвисоких частот, науково-технічних статей, опублікованих у журналах
«Електронна техніка», «Радіо» та ін

Промислові діапазони електромагнітних коливань

Для радіоелектронних пристроїв, призначених для використання впромисловості та сільському господарстві (тобто народному господарстві), виділенідіапазони частот, наведені в таблиці 1.

Таблиця 1.

Промислові діапазони електромагнітних коливань

| f, МГц | Країни | Основні | Діапазони |
| | | Застосування | частот |
| 0,06 - 0,08 | Росія | Індукційний | НЧ |
| | | Нагрівання | |
| 13,56 ± 0,00678 | Всі країни | | ВЧ |
| 27,16 ± 0,16 | Всі країни | | ВЧ |
| 40,68 ± 0,02 | Всі країни | | НВЧ |
| 433,92 ± 0,87 | Австрія, ФРН, | | УВЧ |
| | Португалія | | |
| 866 | Англія | | УВЧ |
| 915 ± 25 | Всі країни, крім | | УВЧ |
| | Англії, Іспанії | | |
| 2375 ± 50 | Усі соціалістичні | СВЧ нагрів | УВЧ |
| | Країни | | |
| 2450 ± 50 | Всі країни, крім | | УВЧ |
| | Соціалістичних стан | | |
| 5800 ± 75 | Всі країни | | НВЧ |
| 22125 ± 125 | Всі країни | | НВЧ |

Особливості нагріву діелектриків в діапазонах УВЧ та НВЧ

У переважній більшості випадків нагрів яких - або фізичних тілпроводиться шляхом передачі тепла зовні всередину за рахуноктеплопровідності.

На СВЧ при раціональному підборі частоти коливань і параметрів камер,де відбувається перетворення НВЧ енергії в теплову, можна отриматищодо рівномірне виділення тепла за обсягом тіла. Ефективністьперетворення енергії електричного поля в тепло зростає прямопропорційно частоті коливань і квадрату напруженості електричногополя. При цьому слід зазначити простоту подачі СВЧ енергії практично добудь-якій ділянці тіла нагрівається.

Важлива перевага СВЧ нагріву - теплова безінерційною, тобтоможливість практично миттєвого включення і виключення тепловоговпливу на що обробляється матеріал. Звідси висока точність регулюванняпроцесу нагрівання і його відтворюваність.

Гідністю СВЧ нагріву є також принципово високий ККДперетворення НВЧ енергії в теплову, що виділяється в обсязі нагріваються тел.
Теоретичне значення цього ККД близько до 100%. Теплові втрати впідвідних трактах звичайно невеликі, і стінки хвилеводів і робочих камерзалишаються практично холодними, що створює комфортні умови дляобслуговуючого персоналу.

Важливою перевагою СВЧ нагріву є можливість здійснення іпрактичного застосування нових незвичайних видів нагріву, наприкладвиборчого, рівномірного, надчистого, саморегульованого.

Виборчий нагрів заснований на залежності втрат в діелектрику віддовжини хвилі, тобто залежно тангенса кута діелектричних втрат d якфункції довжини хвилі l. При цьому в багатокомпонентної суміші діелектриківбудуть нагріватися тільки ті частини, де високий tg d.

Рівномірний нагрів. Зазвичай передача тепла здійснюється за рахунокконвекції, теплопровідності і випромінювання. Звідси неминучий температурнийградієнт (перепад) від поверхні в глибину матеріалу, причому тим більший,чим менше теплопровідність. Зменшити або майже усунути великийградієнт температур можна за рахунок збільшення часу обробки. У багатьохвипадках тільки за рахунок повільного нагрівання вдається уникнути перегрівуповерхневих шарів оброблюваного матеріалу. Прикладами таких процесівє випалення кераміки, отримання полімерних з'єднань і т.п. За допомогою
СВЧ енергії можна не тільки рівномірно нагрівати діелектрик за його обсягом,але й отримувати за бажанням будь-який заданий розподіл температур. ТомуСВЧ при нагріванні відкриваються можливості багаторазового прискорення низкитехнологічних процесів.

надчистих нагрів. Якщо при нагріванні газовим полум'ям, а також здопомогою дугових пальників відбувається забруднення матеріалів, то СВЧ енергіюможна підводити до оброблюваних матеріалу через захисні оболонки їхтвердих діелектриків з малими втратами. У результаті забрудненняпрактично повністю усуваються. Крім того, розміщуючи нагрівається матеріалв відкачаний об'єм або інертний газ, можна усунути окислення йогоповерхні. Забруднення від діелектрика, через який підводиться СВЧенергія, дуже малі, тому що у випадку малих втрат навіть при пропущеннівеликий НВЧ потужності цей діелектрик залишається практично холодним.

саморегулюючий нагрів. При нагріванні для цілей сушки якістьодержуваного матеріалу істотно покращується за рахунок того, що нагріваннявисушених місць автоматично припиняється. Пояснюється це тим, щотангенс кута діелектричних втрат таких матеріалів, як, наприклад,дерево, прямо пропорційний вологості. Тому зі зменшенням вологості впроцесі сушіння втрати СВЧ енергії зменшуються, а нагрівання триває лишев тих ділянках оброблюваного матеріалу, де ще збереглася підвищенавологість.

Отримання СВЧ енергії великої потужності

Для застосування НВЧ енергії було економічно виправдано, необхідновибирати такі НВЧ прилади, які мали б у поєднанні наступніхарактеристики: високий ККД перетворення енергії промислової частоти в
СВЧ енергію (не менше 50%, а краще 70% - 90%), високий рівень вихіднийпотужності в безперервному режимі (близько 1 кВт і більше); прості й дешевіджерела живлення (бажано живити СВЧ прилад, безпосередньо підключаючийого до вторинної обмотки силового трансформатора промислової електромережібез випрямлячів і фільтрів); простота конструкції, надійність, великийтермін служби (не менше 2 - 5 тисяч годин); можливість ефективної роботипри змінній навантаженні.

Найбільш повно цим вимогам задовольняють Магнетрони, пролітнімногорезонаторние клістрони і амплітрони.

Найбільше поширення як джерело СВЧ енергії отрималиМагнетрони. Відносна простота конструкції малі розміри та високий ККДроблять їх найбільш придатними для використання в багатьох областях СВЧенергетики. Досвід застосування магнетронів і дослідження їх властивостей призвели дотому, що в даний час вони майже виключно застосовуються вСВЧ промислових установках. Проте в перспективі їм можуть скластисерйозну конкуренцію пролітні многорезонаторние клістрони. На початкусімдесятих років завдяки оптимізації параметрів за допомогою ЕОМ бувотриманий ККД пролітних клістронов вище 70%. Такий високий ККД в поєднанні зелектростатичного фокусуванням і безпосереднім живленням черезпідвищує трансформатор від мережі промислової частоти дозволить замінитиМагнетрони в ряді застосувань.

Амплітрони мають ККД 60% - 70%, а іноді і 80%. Однак принциповоамплітрони схожі з магнетрона і мають в основному ті ж недоліки: катодзнаходиться в просторі взаємодії, відпрацьовані електронибомбардують волноведущую систему і т.д.

Розглянемо докладніше роботу магнетрона безперервної дії вяк джерело НВЧ енергії для промислового застосування.

Застосування послідовного електромагніту. Створення магнітного полямагнетрона з допомогою електромагніту, включеного послідовно в аноднийланцюг приладу, дозволяє спростити схему харчування, знизити вартістьустановки, підвищити стійкість роботи магнетрона при коливанняхнапруги в мережі та зміни параметрів високочастотного навантаження (їїмодуля і фази). Крім того, застосування послідовного електромагнітувідкриває можливість простій регулювання вихідної потужності в доситьшироких межах.

Спрощення схеми живлення досягається раціональним вибором параметрівелектромагніту, в результаті чого магнетрон може працювати прибезпосередньому включенні до послідовно з'єднаних анодного ланцюгамагнетрона і обмотки електромагніту в ланцюг вторинної обмотки силовоготрансформатора за схемою двухполуперіодного випрямлення. Якщо індуктивністьелектромагніту недостатня, то для згладжування пульсацій анодного струмудодатково послідовно з електромагнітом може бути включенийдросель. Сумарна індуктивність повинна становити 10 - 30 Гн. Ця схеманайбільш проста і зручна, коли в установці працюють два магнетрона, ачерез обмотки електромагніту протікає злегка пульсуючий постійнаанодний ток по черзі генеруючих магнетронів (рис. 1). Зміннаскладова анодного струму може бути достатньою мірою зменшена зарахунок збільшення індуктивності та дроселі електромагнітів.

Рис. 1. Схема безвипрямітельного харчування магнетронів зпослідовними електромагнітами від мережі змінного струму промисловоїчастоти:
1 - магнетрон; 2 - електромагніт; 3 - високовольтний трансформатор.

При роботі двох магнетронів відкриваються нові можливості дляполіпшення використання СВЧ енергії. Так, наприклад, якщо генеруютьсячастоти дещо відмінні один від одного, то можна отримати більшерівномірний розподіл щільності СВЧ енергії за обсягом, в якомувідбувається той чи інший технологічний процес.

Розглянута схема живлення використовується в СВЧ печах, розробленихвітчизняної промисловістю.

Як приклад наведемо характеристики магнетрона дляпромислового застосування типу M571. Його основні параметри такі:робоча частота 2375 ± 50 МГц; вихідна потужність 2,5 кВт в безперервномурежимі при Kстv <1,1; анодна напругу 3,6 кВт; анодний ток 1,1 A;потужність розжарювання 300 Вт; магнітна індукція 0,135 T; Kстv навантаження,допустимої в будь-якій фазі, при живленні від стабілізованої випрямляча до
3,5.

Робочими характеристиками магнетронів називають залежності анодногонапруги UА і вихідної потужності Pвих від анодного струму Іа. Залежність
UА = f (Іа) називають також вольт-амперною характеристикою.

Якщо порівняти робочі характеристики магнетрона М571 при роботі зпостійним магнітом і з послідовним електромагнітом при живленні його відвипрямляча з згладжуючим фільтром, то можна відзначити наступне.
Застосування електромагніту дозволяє більш плавно регулювати вихіднупотужність, змінюючи UА, причому ККД h залишається досить високим (більше 46%)при зміні Pвих від 2,5 (h = 60%) до 0,5 кВт (h = 46 %).

навантажувальні характеристиками магнетрона називають залежності Іа і
Pвих від модуля і фази комплексної навантаження. Порівняння навантажувальниххарактеристик за тих самих умов, при яких розглядалися робочіхарактеристики, показує, що застосування послідовного електромагнітудозволило суттєво зменшити зміна анодного струму і вихідної потужностіпри зміні фази навантаження. А це, у свою чергу, не тільки покращуєвикористання НВЧ енергії, але і позитивно позначається на довговічностімагнетрона.

Робочий та навантажувальна характеристики при безвипрямітельном харчуваннімагнетрона із застосуванням дроселя і послідовного електромагніту посхемою, що на рис. 1, практично не відрізняються від характеристикмагнетрона при строго анодному постійному напруженні.

Зменшення пульсацій магнітного поля. Сучасні Магнетрони маютьметалокерамічних конструкцію, причому стінки корпусу анодного блоку,виконані з міді, досягають по товщині 9 - 10 мм. Ця особливістьконструкції виявилася досить корисною для зменшення пульсацій магнітногополя в просторі взаємодії за рахунок поверхневого ефекту начастоті 100 Гц, тобто на частоті пульсацій в однофазних двухперіодних схемахвипрямлення. Товщина поверхневого шару для міді на частоті 100 Гц d = 6,7мм. При цьому змінна складова магнітного поля в просторівзаємодії H2 буде складати всього лише 0,2 змінної складовоїмагнітного поля поза корпусу анодного блоку H1 (H2/H1 = e @ 0,2).

Тому якщо амплітуда пульсацій анодного струму 20% середнього значення,то амплітуда пульсацій напруженості магнітного поля в просторівзаємодії для магнетрона M571 - всього 2% - 3%. Це, у свою чергу,дозволяє вважати магнітне поле в просторі взаємодії постійним,та вимоги до стабілізації джерел живлення для створення постійноїмагнітного поля можуть бути суттєво знижені.

Порівняння електромагнітів та постійних магнітів. Сучасніконструкції електромагнітів за розміром і масою не перевищують постійнихмагнітів з тими ж параметрами. Електромагніт для магнетрона M571 ємалогабаритним (210x130x110 мм), його маса - близько 4 кг. Завдякисекціонування обмоток і наявності ребер електромагніт не вимагаєпримусового охолодження, тому що теплові втрати обмоток невеликі саміпо собі. Витрата енергії на харчування електромагніту значно перекриваєтьсяполіпшенням електронного ККД магнетрона і збільшенням його НВЧ потужності.
Крім того, при використанні електромагнітів зменшується вартістьексплуатації установок. При заміні магнетрона електромагніт залишається, в тойчас як пакетований магнетрон замінюється разом з постійним магнітом.

резонаторні камери для установок СВЧ нагріву діелектриків

Конструкція резонаторних камер повинна бути такою, щоб усередині нихнагрів був однаковий у будь-якій частині внутрішнього об'єму, зайнятогооброблюваних діелектриком. З іншого боку, обсяг камер повинен бутидостатньо великим, щоб протягом кожного циклу обробляти значнекількість матеріалу і повністю використовувати потужність НВЧ генератора. Яквже говорилося, для промислового застосування виділені невеликі ділянкиспектру електромагнітних випромінювань, тому довільно вибирати робочудовжину хвилі не можна. Одним з найбільш зручних діапазонів для нагріваннядіелектриків є діапазон хвиль поблизу 12,6 см (2375 ± 50 МГц).

Виходячи з наведених вимог в пристроях НВЧ нагрівання знаходятьзастосування резонаторні камери у вигляді прямокутних об'ємних резонаторів,лінійні розміри яких у 5 - 6 разів перевищують довжину хвилі генератора. Уподібному резонаторі може існувати кілька різних видів коливань
(понад десять), у кожного з яких своє розподіл електричного імагнітного полів всередині об'єму резонатора. Такі резонатори називаютьсябагатомодовим, тобто в них може бути одночасним?? обелівську порушено кількавидів коливань.

Поля різних видів коливань, якщо вони збуджені від одногогенератора з фіксованою довжиною хвилі, можуть у різних точкахвнутрішнього об'єму резонатора інтерферувати, тобто складатися івідніматися. У результаті в деяких точках можуть бути більш сильні поля
(від складання полів декількох видів коливань), а в інших - більш слабкі
(внаслідок віднімання). Тому сумарне поле може бути істотнонерівномірним.

Розміри і параметри об'ємних резонаторів можуть бути розраховані на ЕОМі оптимізовані. Задача оптимізації полягає в тому, щоб вибрати такірозміри резонатора, при яких у ньому можна було б порушувати лишепевні види коливань, а інтерференція між ними давала б можливобільш рівномірне поле за обсягом. При цьому збуджують коливанняпристрої повинні встановлювати певні співвідношення міжамплітудами тих видів коливань, які дають сумарну рівномірне поле.

Дещо інший спосіб отримання рівномірності нагрівання - цезастосування двох або більше генераторів, що працюють на різних, але зазвичайблизьких частотах, або введення зміни в часі генерується довжинихвилі в деяких можливих межах ± Dl.

Чим ближче за шкалою довжин хвиль розташовані види коливаньрозглянутого багатомодового резонатора, тим менша зміна довжинихвилі генератора виявляється достатнім для поліпшення рівномірностінагріву та отримання рівномірного електромагнітного поля в ньому навіть прислабкою завантаженні резонатора оброблюваних діелектриком.

Для СВЧ нагріву найбільш придатні такі багатомодові резонатори, уяких резонансні довжини хвиль різних видів коливань розташовані пошкалою довжин хвиль не згустками, а можливо більш рівномірно. Це виходить,коли розміри резонатора a, b і lрез сумірні, але не рівні, тобто колирезонатор є паралелепіпед, близьке до куба, але не куб
(рис. 2).

Рис. 2. Порушення робочої камери пристроїв нагрівання діелектриків:
1 - робоча камера; 2 і 3 - прямокутні хвилеводи від НВЧ генераторів зробочими довжиною хвиль l1 і l2.

Наприклад, для робочого діапазону довжин хвиль 12,6 ± 0,252 см практичнорівномірний спектр резонансних довжин хвиль або резонансних частот досягаєтьсяпри співвідношеннях axbxlрез = 52x57x58 або 56x57x60 см. Різко нерівномірнийспектр виходить при axbxlрез = 58x60x60 або 59x59x60 см і тим більше вкубічному резонаторі 59x59x59 см. Цікаво, що в першому випадку в смузідовжин хвиль 12,6 ± 0,252 см є 62 види коливань з різними резонанснимичастотами, у другому - 56, а відповідно в третьому, четвертому, п'ятомує тільки 30, 33 і 15.

Якщо резонансні частоти двох або декількох видів коливань рівніміж собою, то такі види коливань називаються виродженими. У кубічномурезонаторі є шестиразову виродження багатьох видів коливань, а втретьому і четвертому - дво-і іноді трикратне виродження. Ось чому вцих резонаторах менше резонансних частот, ніж в першому і в другому, приоднієї і тієї ж розглянутої смузі робочих довжин хвиль.

Рівень завантаження резонаторних камер. Тут необхідно розрізняти двавипадку. Якщо резонатор повністю заповнений діелектриком з високим значеннямдіелектричної проникності e і великими втратами, то різко падає йогонавантажена добротність і погодити введення енергії, що забезпечує повнупередачу СВЧ енергії від генератора в об'єм діелектрика, щодопросто.

Складніше йде справа, якщо резонатор завантажений діелектриком слабко абоколи в резонаторі є значний обсяг діелектрика з малим e (менше
2) або малий об'єм діелектрика з високим значенням e. При цьому власнівиди коливань резонатора різко зміщуються за частотою, а добротністьрезонатора для цих видів коливань знижується незначно. Тому такийрезонатор в першому наближенні можна розраховувати без урахування втрат.

Порушення робочих камер. Так як в промислових установкахнеобхідно передавати в робочу камеру СВЧ потужність високого рівня,вимірювану кіловатами в безперервному режимі, то з багатьох типівзбуджуючих пристроїв виявляються придатними тільки такі, які маютьдостатню електричну міцність. До подібних збудливим пристроїв,наприклад, відноситься відкритий кінець прямокутного хвилеводу, розташованийу відповідному місці стінки робочої камери (див. рис. 2).

Відкритий кінець хвилеводу міститься там, де у необхідних видівколивань в резонаторі розташовуються пучності магнітного поля, причомунапрям силових ліній магнітних полів має бути паралельним як узбудливу хвилеводі з хвилею H10, так і для робочого виду коливань укамері. Навпаки, для тих видів коливань, збудження якихнебажано, в цьому місці повинен бути вузол магнітного поля або ж силовілінії їх магнітних полів повинні бути перпендикулярні силовим лініяммагнітного поля робочих видів коливань.

На рис. 2 схематично показані робоча камера і два збуджують їїхвилеводу. Застосовуючи два введення, можна збільшити число порушуваних взаданому діапазоні видів коливань і збільшити таким чином рівномірністьнагріву діелектрика.

Щоб уникнути передачі НВЧ енергії з одного введення в іншій, можназастосовувати або різну їх поляризацію (вектор E в хвилеводі 2перпендикулярний вектору E в хвилеводі 3 на рис. 2), або помістити другувведення в області вузлів магнітного поля тих видів коливань, якіпорушуються першим введенням, або застосувати обидва ці способи.

СВЧ нагрів рухомих діелектричних стрічок і виробів круглого поперечного перерізу

Застосування СВЧ нагріву рухомих стрічок дозволяє істотно піднятипродуктивність установок нагріву і в багатьох випадках значнополіпшити якість продукції, що випускається. Так, полімеризація в НВЧ поляхкапронових канатів збільшує їх міцність на розрив у кілька разів. При
СВЧ сушці Склострічки вдається знизити її кінцеву вологість до 1% ізбільшити швидкість процесу до 4 - 5 м/хв. Довжина камери, в якійвідбувається сушіння, складає 1 м при НВЧ потужності на вході 1,5 кВт. Сушка
СВЧ нагріванням паперової стрічки на папероробних комбінатах дозволяєзбільшити швидкість протягування стрічки через сушильну камеру з 8 до 100м/хв.

Спочатку в високочастотних установках для фіксації та сушіннякручених виробів з синтетичних волокон оброблювані виробипростягали між пластинами конденсаторів.

Головними недоліками цих установок були низький ККД, складністьекранують конструкцій та електричні пробої при вологому станівиробів. Ці недоліки можна усунути, застосувавши в якості основи камерисушіння і фіксації ЗС, по поздовжній осі якої простягається крученіволокно, а на кінці ЗС підключається узгоджена навантаження (рис. 3),яка служить для підтримки режиму біжить хвилі в ЗС.

Рис. 3. Схема установки для фіксації та сушіння кручених виробів зсинтетичних волокон:
1 - мікрохвильові генератор; 2 - камера для фіксації сушіння у вигляді сповільнюєсистеми; 3 - узгоджене навантаження; 4 - станція для натягу татранспортування синтетичного вироби 5; 6 - вантаж.

Це додатково зменшує небезпеку пробою в порівнянні з випадком, колив ЗС був би режим стоячій хвилі. Таким чином, обробляється вирібпростягається в області сильного високочастотного електричного полясповільненій що біжить уздовж ЗС хвилі і займає значну частинупоперечного перерізу, в межах якого розташоване електромагнітне полецієї хвилі. Крім того, завдяки уповільнення хвилі довжина камери виходитьістотно менше, ніж у випадку застосування хвилеводів або коаксіальнихліній. Відзначимо також, що напрямок руху вироби і біжитьелектромагнітної хвилі можуть збігатися (режим прямоток або прямоточнасушарка), а можуть бути й протилежними (режим протитоку). В режиміпрямоток найбільша що підводиться до сушарці СВЧ потужність припадає навологі частини оброблюваного діелектрика, а в режимі протитоку - намайже сухі. Важливо ще зазначити, що при проектуванні подібних сушарокнеобхідно враховувати не тільки поглинання виробом СВЧ енергії, а йконвективний теплообмін з навколишнім простором.

Забезпечення рівномірності нагрівання по товщині. Для тонких стрічок
(папери, склотканини тощо) проблеми нерівномірності нагріву по товщині невиникає, оскільки товщина стрічок менше (звичайно в 200 - 500 разів) робочоїдовжини хвилі і нагрівають СВЧ електричне поле практично не змінюється потовщині матеріалу. Інша справа для матеріалу круглого поперечного перерізу
(капронові канати, сосисочні фарш тощо), де діаметр поперечного перерізупорівняємо з робочою довжиною хвилі (скажімо, більше 0,1 l), особливо якщодіелектрична проникність матеріалу велика і дорівнює декільком десяткам.
Тоді електричне СВЧ поле, а отже, і нагрів по перетину можутьбути вкрай нерівномірні. Якщо не домогтися рівномірності виділення тепла порозтину, то вирівнювання температури буде відбуватися за рахуноктеплопровідності і тоді, щоб не перегріти області з сильним полем,доведеться знижувати потужність СВЧ нагріву і подовжувати час обробки. Урезультаті переваги СВЧ нагріву можуть бути зведені до нуля.

Розглянемо конкретний приклад. У першому установках для нагріваннястержнів круглого поперечного перерізу застосовувався круглий хвилевід з хвилямитипу E0i, уздовж поздовжньої осі якого за кварцовою трубці пропускалисянагрівається речовина (рис. 4). При великих значеннях e оброблюваногодіелектрика, рівних 20 - 50 і більше, гарячої води по радіусувиходить дуже нерівномірним: поблизу осі - максимум нагрівання, а потім ззбільшенням r все більш швидкий спад майже до нуля, причому спад тим більшешвидкий, чим більше e (рис. 5).

Рис. 4. СВЧ нагрівач для діелектричного стрижня у вигляді круглогохвилеводу:
1 - хвилевід; 2 - нагріває діелектрик; 3 - кварцова трубка.

Позначимо через g1 = радикальну постійну для області,займаної діелектриком. Тут k = 2p/l - хвильове число, а b = 2p/lв --постійна поширення хвилі вздовж поздовжньої осі в обсязіоброблюваного діелектрика.

Рис. 5. Розподіл потужності джерел тепла P (r)/P (0) взалежно від r/rд для різних значень e1 у нагрівачі, зображеномуна рис. 4 (rд = 1 см; R = 5 см; l = 12,6 см).

Теоретичний аналіз показує, що потужність джерел тепла P (r) взалежно g1r змінюється хвилеподібно, а переміщати максимуми і мінімумиза напрямом r можна змінюючи g1. Тому для отримання рівномірногорозподілу джерел з r необхідно підібрати відповідні значенняg1. Як видно з формули для g1, при заданих значеннях e1 і k = 2p/l церівноцінно підбору відповідного значення b = 2p/lв = w/vф, тобто фазовоїшвидкості хвилі vф уздовж поздовжньої осі волноведущей системи.

Нагрівання по перетину буде рівномірним, якщо перший від осі максимумфункції P (r) = f (g1r) розташовується в межах оброблюваного діелектрикапри деякому значенні 0

     
 
     
Реферат Банк
 
Рефераты
 
Бесплатные рефераты
 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
  Все права защищены. Українські реферати для кожного учня !