Реферат: Энергетика СВЧ в народном хозяйстве: применение СВЧ-нагрева в пищевой промышленности

ГосударственныйКомитет Российской Федерации

По ВысшемуОбразованию

ГосударственнаяАкадемия Управления имени Серго Орджоникидзе

Курсоваяработа

по курсу

Естественно-научныеосновы современных технологий

Кафедратехники и технологии в машиностроении

на тему

Энергетика СВЧ в народномхозяйстве:

Применение СВЧ — нагрева впищевой промышленности.

Выполнил(а):

студент(ка) курса группы

факультета ИМ МАШ

Проверил: .

Москва, 1995 год.

Задание

на курсовой проект подисциплине

«Естественно-научные основы современных технологий»

1. Студенту курса группы .

2. Тема проекта .

3. В проекте привести .

4. В проекте дать расчет .

5. Плакатный материал двалиста формата A1 (594x841мм) .

6. Срок сдачи студентом законченного проекта .

Руководитель курсовогопроекта .

Введение

Предлагаемая курсовая работа ставит задачу дать физическиепредставления о работе электронных приборов СВЧ и их применении в различныхотраслях народного хозяйства, в частности, в пищевой промышленности, а такжедать расчетные данные по волновым приборам, нагреву и сушки материалов спомощью СВЧ энергии.

Если в 40-х — 50-х годах электроника СВЧ восновном служила потребностям радиолокации и связи, то в последние годы она всешире применяется во многих отраслях хозяйства, ускоряя научно-техническийпрогресс, повышая эффективность и качество производства.

Появлению новых областей применения мощной СВЧ электроникиспособствует ряд специфических свойств электромагнитных колебаний этогодиапазона частот, которые позволяют создать неосуществимые ранеетехнологические процессы или значительно их улучшить. К ним относятся,например: создание сверхчистой плазмы с широким интервалом температур;возможность серийного изготовления простых по конструкции и удобных вэксплуатации мощных генераторов СВЧ энергии, с помощью которых могутосуществляться полимеризация и упрочнение различных изделий и материалов, вчастности шин и лакокрасочных покрытий, упрочнение металлов, стабилизацияпараметров полупроводников и т.д.; все более широкое применение получают нагреви сушка с помощью СВЧ различных материалов, в частности приготовление пищи,пастеризация молока и т.п.

Познакомить с возможностями СВЧ электроники в области народногохозяйства — одна из главных задач этой работы. При работе были использованыматериалы книги Ю. Н. Пчельникова и В. Т. Свиридова Электроника сверхвысоких частот, научно-технических статей,опубликованных в журналах «Электроннаятехника», «Радио» и др.

Промышленные диапазоны электромагнитных колебаний

Для радиоэлектронных устройств, предназначенных дляиспользования в промышленности и сельском хозяйстве (т.е. народном хозяйстве),выделены диапазоны частот, приведенные в таблице1.

Таблица 1.

Промышленные диапазоны электромагнитных колебаний

f, МГц

Страны

Основные применения

Диапазоны частот

0,06 — 0,08

Россия

Индукционный нагрев

НЧ

13,56±0,00678

Все страны

ВЧ

27,16±0,16

Все страны

ВЧ

40,68±0,02

Все страны

ОВЧ

433,92±0,87

Австрия, ФРГ, Португалия

УВЧ

866

Англия

УВЧ

915±25

Все страны, кроме Англии, Испании

УВЧ

2375±50

Все социалистические страны

СВЧ нагрев

УВЧ

2450±50

Все страны, кроме социалистических стан

УВЧ

5800±75

Все страны

СВЧ

22125±125

Все страны

СВЧ

Особенности нагрева диэлектриков в диапазонах УВЧ и СВЧ

В подавляющем большинстве случаев нагрев каких — либо физическихтел производится путем передачи тепла снаружи во внутрь за счеттеплопроводности.

На СВЧ при рациональном подборе частоты колебаний и параметровкамер, где происходит преобразование СВЧ энергии в тепловую, можно получитьотносительно равномерное выделение тепла по объему тела. Эффективностьпреобразования энергии электрического поля в тепло возрастает прямо пропорционально частоте колебаний и квадрату напряженности электрического поля. При этомследует отметить простоту подачи СВЧ энергии практически к любому участкунагреваемого тела.

Важное преимущество СВЧ нагрева — тепловая безынерционность,т.е. возможность практически мгновенного включения и выключения тепловоговоздействия на обрабатываемый материал. Отсюда высокая точность регулировкипроцесса нагрева и его воспроизводимость.

Достоинством СВЧ нагрева является также принципиально высокийКПД преобразования СВЧ энергии в тепловую, выделяемую в объеме нагреваемых тел.Теоретическое значение этого КПД близко к 100%. Тепловые потери в подводящихтрактах обычно невелики, и стенки волноводов и рабочих камер остаютсяпрактически холодными, что создает комфортные условия для обслуживающегоперсонала.

Важным преимуществом СВЧ нагрева является возможностьосуществления и практического применения новых необычных видов нагрева,например избирательного, равномерного, сверхчистого, саморегулирующегося.

Избирательный нагревоснован на зависимости потерь в диэлектрике от длиныволны, т.е. зависимости тангенса угла диэлектрических потерь dкак функции длины волны l. При этом вмногокомпонентной смеси диэлектриков будут нагреваться только те части, гдевысокий tg d.

Равномерный нагрев. Обычно передача тепла осуществляется за счетконвекции, теплопроводности и излучения. Отсюда неизбежен температурныйградиент (перепад) от поверхности в глубину материала, причем тем больший, чемменьше теплопроводность. Уменьшить илипочти устранить большой градиент температур можно за счет увеличения времениобработки. Во многих случаях только за счет медленного нагрева удается избежатьперегрева поверхностных слоев обрабатываемого материала. Примерами такихпроцессов является обжиг керамики, получение полимерных соединений и т.п. Спомощью СВЧ энергии можно не только равномерно нагревать диэлектрик по егообъему, но и получать по желанию любое заданное распределение температур.Поэтому при СВЧ нагреве открываются возможности многократного ускорения рядатехнологических процессов.

Сверхчистый нагрев. Если при нагреве газовым пламенем, а также с помощьюдуговых горелок происходит загрязнение материалов, то СВЧ энергию можноподводить к обрабатываемому материалу через защитные оболочки их твердых диэлектриков с малымипотерями. В результате загрязнения практически полностью устраняются. Крометого, помещая нагреваемый материал в откачанный объем или инертный газ, можноустранить окисление его поверхности. Загрязнения от диэлектрика, через которыйподводится СВЧ энергия, весьма малы, т.к. в случае малых потерь даже припропускании большой СВЧ мощности этот диэлектрик остается практически холодным.

Саморегулирующийся нагрев. При нагреве для целейсушки качество получаемого материала существенно улучшается за счет того, чтонагрев высушенных мест автоматически прекращается. Объясняется это тем, чтотангенс угла диэлектрических потерь таких материалов, как, например, дерево,прямо пропорционален влажности. Поэтому с уменьшением влажности в процессесушки потери СВЧ энергии уменьшаются, а нагрев продолжается только в техучастках обрабатываемого материала, где еще сохранилась повышенная влажность.

Получение СВЧ энергии большой мощности

Чтобы применение СВЧ энергии было экономически оправдано,необходимо выбирать такие СВЧ приборы, которые имели бы в сочетании следующиехарактеристики: высокий КПД преобразования энергии промышленной частоты в СВЧэнергию (не менее 50%, а лучше 70% — 90%); высокий уровеньвыходной мощности в непрерывном режиме (около 1 кВт и более); простые идешевые источники питания (желательно питать СВЧ прибор, непосредственноподключая его к вторичной обмотке силового трансформатора промышленнойэлектросети без выпрямителей и фильтров); простота конструкции, надежность,большой срок службы (не менее 2 — 5 тысяч часов); возможностьэффективной работы при переменной нагрузке.

Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют магнетроны,пролетные многорезонаторные клистроны и амплитроны.

Наибольшее распространение в качестве источника СВЧ энергииполучили магнетроны. Относительная простота конструкции малые размеры и высокийКПД делают их наиболее пригодными для использования во многих областях СВЧэнергетики. Опыт применения магнетронов и исследования их свойств привели ктому, что в настоящее время они почти исключительно применяются в промышленныхСВЧ установках. Однако в перспективе им могут составить серьезную конкуренциюпролетные многорезонаторные клистроны. В начале семидесятых годов благодаряоптимизации параметров с помощью ЭВМ был получен КПД пролетных клистронов выше 70%.Такой высокий КПД в сочетании с электростатической фокусировкой инепосредственным питанием через повышающий трансформатор от сети промышленнойчастоты позволит заменить магнетроны в ряде применений.

Амплитроны имеют КПД 60% — 70%, а иногда и 80%.Однако принципиально амплитроны схожи с магнетронами и имеют в основном те женедостатки: катод находится в пространстве взаимодействия, отработанныеэлектроны бомбардируют волноведущую систему и т.д.

Рассмотрим подробнее работу магнетрона непрерывного действия вкачестве источника СВЧ энергии для промышленного применения.

Применение последовательногоэлектромагнита.Создание магнитного поля магнетрона с помощью электромагнита, включенногопоследовательно в анодную цепь прибора, позволяет упростить схему питания,понизить стоимость установки, повысить устойчивость работы магнетрона приколебаниях напряжения в сети и изменениях параметров высокочастотной нагрузки(ее модуля и фазы). Кроме того, применение последовательного электромагнитаоткрывает возможность простой регулировки выходной мощности в довольно широкихпределах.

Упрощение схемы питания достигается рациональным выборомпараметров электромагнита, в результате чего магнетрон может работать принепосредственном включении в последовательно соединенных анодной цепимагнетрона и обмотки электромагнита в цепь вторичной обмотки силовоготрансформатора по схеме двухполупериодного выпрямления. Если индуктивностьэлектромагнита недостаточна, то для сглаживания пульсаций анодного токадополнительно последовательно с электромагнитом может быть включен дроссель.Суммарная индуктивность должна составлять 10 — 30 Гн. Эта схема наиболеепроста и удобна, когда в установке работают два магнетрона, а через обмоткиэлектромагнита протекает слегка пульсирующий постоянный анодный ток поочередногенерирующих магнетронов (рис. 1).Переменная составляющая анодного тока может быть в достаточной степениуменьшена за счет увеличения индуктивности дросселя и электромагнитов.

Рис. 1. Схема безвыпрямительногопитания магнетронов с последовательными электромагнитами от сети переменноготока промышленной частоты:

1 — магнетрон; 2 —электромагнит; 3 — высоковольтный трансформатор.

При работе двух магнетронов открываются новые возможности дляулучшения использования СВЧ энергии. Так, например, если генерируемые частотынесколько отличны друг от друга, то можно получить более равномерноераспределение плотности СВЧ энергии по объему, в котором происходит тот илииной технологический процесс.

Рассмотренная схема питания используется в СВЧ печах,разработанных отечественной промышленностью.

В качестве примера приведем характеристики магнетрона дляпромышленного применения типа M571. Его основные параметрыследующие: рабочая частота 2375 ±50 МГц; выходная мощность 2,5 кВт в непрерывномрежиме при Kстv< 1,1; анодное напряжение 3,6 кВт; анодный ток 1,1 A;мощность накала 300 Вт; магнитная индукция 0,135 T; Kстvнагрузки, допустимой влюбой фазе, при питании от стабилизированного выпрямителя до 3,5.

Рабочими характеристиками магнетронов называют зависимостианодного напряжения Uаи выходной мощности Pвыхот анодного тока Iа. Зависимость Uа=f(Iа)называют также вольт-амперной характеристикой.

Если сравнить рабочие характеристики магнетрона М571при работе с постоянным магнитом и с последовательным электромагнитом припитании его от выпрямителя со сглаживающим фильтром, то можно отметитьследующее. Применение электромагнита позволяет более плавно регулироватьвыходную мощность, меняя Uа, причем КПД hостается достаточно высоким(более 46%) при изменении Pвыхот 2,5 (h= 60%) до 0,5 кВт (h= 46%).

Нагрузочными характеристиками магнетрона называют зависимости Iа и Pвыхот модуля и фазы комплексной нагрузки. Сравнениенагрузочных характеристик при тех же условиях, при которых рассматривалисьрабочие характеристики, показывает, что применение последовательногоэлектромагнита позволило существенно уменьшить изменение анодного тока ивыходной мощности при изменении фазы нагрузки. А это, в свою очередь, не толькоулучшает использование СВЧ энергии, но и положительно сказывается надолговечности магнетрона.

Рабочая и нагрузочная характеристики при безвыпрямительномпитании магнетрона с применением дросселя и последовательного электромагнита посхеме, изображенной на рис. 1,практически не отличаются от характеристик магнетрона при строго постоянноманодном напряжении.

Уменьшение пульсациймагнитного поля. Современные магнетроны имеют металлокерамическуюконструкцию, причем стенки корпуса анодного блока, выполненные из меди,достигают по толщине 9 — 10 мм. Эта особенностьконструкции оказалась весьма полезной для уменьшения пульсаций магнитного поляв пространстве взаимодействия за счет поверхностного эффекта на частоте 100Гц, т.е. на частоте пульсаций в однофазных двухпериодных схемахвыпрямления. Толщина поверхностного слоя для меди на частоте 100Гц d= 6,7 мм. При этом переменная составляющая магнитного поля в пространствевзаимодействия H2будет составлять всего лишь 0,2 переменной составляющеймагнитного поля вне корпуса анодного блока H1(H2/H1=e<img src="/cache/referats/1839/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026">@0,2).

Поэтому если амплитуда пульсаций анодного тока 20%среднего значения, то амплитуда пульсаций напряженности магнитного поля впространстве взаимодействия для магнетрона M571 — всего 2% — 3%. Это, в своюочередь, позволяет считать магнитное поле в пространстве взаимодействияпостоянным, и требования к стабилизации источников питания для созданияпостоянного магнитного поля могут быть существенно снижены.

Сравнение электромагнитови постоянных магнитов. Современные конструкции электромагнитов по размеру имассе не превышают постоянных магнитов с теми же параметрами. Электромагнит длямагнетрона M571 является малогабаритным (210x130x110 мм), егомасса — около 4 кг. Благодаря секционированию обмоток и наличию реберэлектромагнит не требует принудительного охлаждения, так как тепловые потериобмоток невелики сами по себе. Расход энергии на питание электромагнитазначительно перекрывается улучшением электронного КПД магнетрона и увеличениемего СВЧ мощности. Кроме того, при использовании электромагнитов уменьшаетсястоимость эксплуатации установок. При замене магнетрона электромагнит остается,в то время как пакетированный магнетрон заменяется вместе с постоянныммагнитом.

Резонаторные камеры для установок СВЧ нагрева диэлектриков

Конструкция резонаторных камер должна быть такой, чтобы внутриних нагрев был одинаков в любой части внутреннего объема, занятогообрабатываемым диэлектриком. С другой стороны, объем камер должен бытьдостаточно большим, чтобы в течение каждого цикла обрабатывать значительноеколичество материала и полностью использовать мощность СВЧ генератора. Как ужеговорилось, для промышленного применения выделены небольшие участки спектраэлектромагнитных излучений, поэтому произвольно выбирать рабочую длину волнынельзя. Одним из наиболее удобных диапазонов для нагрева диэлектриков являетсядиапазон волн вблизи 12,6 см (2375 ±50 МГц).

Исходя из приведенных требований в устройствах СВЧ нагреванаходят применение резонаторные камеры в виде прямоугольных объемныхрезонаторов, линейные размеры которых в 5 — 6 раз превышают длину волныгенератора. В подобном резонаторе может существовать несколько различных видовколебаний (более десяти), у каждого из которых свое распределениеэлектрического и магнитного полей внутри объема резонатора. Такие резонаторыназываются многомодовыми, т.е. в них может быть одновременно возбужденонесколько видов колебаний.

Поля различных видов колебаний, если они возбуждены от одногогенератора с фиксированной длиной волны, могут в различных точках внутреннегообъема резонатора интерферировать, т.е. складываться и вычитаться. В результатев некоторых точках могут быть более сильные поля (от сложения полей несколькихвидов колебаний), а в других — более слабые (вследствие вычитания). Поэтомусуммарное поле может быть существенно неравномерным.

Размеры и параметры объемных резонаторов могут быть рассчитанына ЭВМ и оптимизированы. Задача оптимизации состоит в том, чтобы выбрать такиеразмеры резонатора, при которых в нем можно было бы возбуждать толькоопределенные виды колебаний, а интерференция между ними давала бы возможноболее равномерное поле по объему. При этом возбуждающие колебания устройствадолжны устанавливать строго определенные соотношения между амплитудами техвидов колебаний, которые дают суммарное равномерное поле.

Несколько иной способ получения равномерности нагрева — этоприменение двух или более генераторов, работающих на разных, но обычно близкихчастотах, или введение изменения во времени генерируемой длины волны внекоторых возможных пределах ±Dl.

Чем ближе по шкале длин волн расположены виды колебанийрассматриваемого многомодового резонатора, тем меньшее изменение длины волныгенератора оказывается достаточным для улучшения равномерности нагрева иполучения равномерного электромагнитного поля в нем даже при слабой загрузкерезонатора обрабатываемым диэлектриком.

Для СВЧ нагрева наиболее пригодны такие многомодовые резонаторы,у которых резонансные длины волн различных видов колебаний расположены по шкаледлин волн не сгустками, а возможно более равномерно. Это получается, когдаразмеры резонатора a, b и lрезсоизмеримы, но не равны, т.е. когда резонатор представляет собойпараллелепипед, близкий к кубу, но не куб (рис.2).

Рис. 2. Возбуждениерабочей камеры устройств нагрева диэлектриков:

1 — рабочая камера; 2 и 3 —прямоугольные волноводы от СВЧ генераторов с рабочими длинами волн l1и l2.

Например, для рабочего диапазона длин волн 12,6 ±0,252 смпрактически равномерный спектр резонансных длин волн или резонансных частотдостигается при соотношениях axbxlрез=52x57x58или 56x57x60 см. Резко неравномерныйспектр получается при axbxlрез=58x60x60или 59x59x60 см и тем более в кубическомрезонаторе 59x59x59 см. Интересно, что в первом случае в полосе длин волн 12,6±0,252см имеется 62 вида колебаний с различными резонансными частотами, вовтором — 56, а соответственно в третьем, четвертом, пятом имеются только30,33и 15.

Если резонансные частотыдвух или нескольких видов колебаний равны между собой, то такие виды колебанийназываются вырожденными. В кубическом резонаторе имеется шестикратноевырождение многих видов колебаний, а в третьем и в четвертом — двух- и иногдатрехкратное вырождение. Вот почему в этих резонаторах меньше резонансныхчастот, чем в первом и во втором, при одной и той же рассматриваемой полосерабочих длин волн.

Уровень загрузкирезонаторных камер. Здесь необходимо различать два случая. Если резонаторполностью заполнен диэлектриком с высоким значением диэлектрическойпроницаемости eи большими потерями, то резко падает егонагруженная добротность и согласовать ввод энергии, обеспечивающий полнуюпередачу СВЧ энергии от генератора в объем диэлектрика, относительно просто.

Сложнее обстоит дело, если резонатор загружен диэлектриком слабоили когда в резонаторе имеется значительный объем диэлектрика с малым e (меньше 2) или малый объемдиэлектрика с высоким значением e. При этом собственные виды колебаний резонаторарезко смещаются по частоте, а добротность резонатора для этих видов колебанийснижается незначительно. Поэтому такой резонатор в первом приближении можнорассчитывать без учета потерь.

Возбуждение рабочих камер.Так как в промышленных установках необходимо передавать в рабочую камеру СВЧмощность высокого уровня, измеряемую киловаттами в непрерывном режиме, то измногих типов возбуждающих устройств оказываются пригодными только такие,которые имеют достаточную электрическую прочность. К подобным возбуждающимустройствам, например, относится открытый конец прямоугольного волновода,расположенный в соответствующем месте стенки рабочей камеры (см. рис. 2).

Открытый конец волновода помещается там, где у требуемых видовколебаний в резонаторе располагаются пучности магнитного поля, причемнаправление силовых линий магнитных полей должно быть параллельным как ввозбуждающем волноводе с волной H10, так и для рабочего вида колебаний в камере.Наоборот, для тех видов колебаний, возбуждение которых нежелательно, в этомместе должен быть узел магнитного поля или же силовые линии их магнитных полейдолжны быть перпендикулярны силовым линиям магнитного поля рабочих видовколебаний.

На рис. 2 схематически показаны рабочая камера и двавозбуждающих ее волновода. Применяя два ввода, можно увеличить числовозбуждаемых в заданном диапазоне видов колебаний и увеличить таким образомравномерность нагрева диэлектрика.

Чтобы избежать передачи СВЧ энергии из одного ввода в другой,можно применять либо разную их поляризацию (вектор E в волноводе 2 перпендикуляренвектору E в волноводе 3 на рис. 2), либо поместить второй ввод в области узлов магнитного полятех видов колебаний, которые возбуждаются первым вводом, либо применить обаэтих способа.

СВЧ нагрев движущихся диэлектрических лент и изделий круглогопоперечного сечения

Применение СВЧ нагрева движущихся лент позволяет существенноподнять производительность установок нагрева и во многих случаях значительноулучшить качество выпускаемой продукции. Так, полимеризация в СВЧ поляхкапроновых канатов увеличивает их прочность на разрыв в несколько раз. При СВЧсушке стеклоленты удается понизить ее конечную влажность до 1% и увеличить скорость процесса до 4 — 5м/мин. Длина камеры, в которой происходит сушка, составляет 1 мпри СВЧ мощности на входе 1,5 кВт. Сушка СВЧ нагревом бумажнойленты на бумагоделательных комбинатах позволяет увеличить скорость протягиванияленты через сушильную камеру с 8 до 100 м/мин.

Первоначально в высокочастотных установках для фиксации и сушкикрученых изделий из синтетических волокон обрабатываемые изделия протягивалимежду пластинами конденсаторов.

Главными недостатками этих установок являлись низкий КПД,сложность экранирующих конструкций и электрические пробои при влажном состоянииизделий. Эти недостатки можно устранить, применив в качестве основы камерысушки и фиксации ЗС, по продольной оси которой протягивается крученое волокно,а на конце ЗС подключается согласованная нагрузка (рис. 3), которая служит для поддержания режима бегущей волны в ЗС.

Рис. 3. Схема установки для фиксациии сушки крученых изделий из синтетических волокон:

1 — СВЧ генератор; 2 —камера для фиксации сушки в виде замедляющей системы; 3 — согласованнаянагрузка; 4 — станция для натяжения и транспортирования синтетического изделия5; 6 — груз.

Это дополнительно уменьшаетопасность пробоя по сравнению со случаем, когда в ЗС был бы режим стоячейволны. Таким образом, обрабатываемое изделие протягивается в области сильноговысокочастотного электрического поля замедленной бегущей вдоль ЗС волны и занимаетзначительную часть поперечного сечения, в пределах которого расположеноэлектромагнитное поле этой волны. Кроме того, благодаря замедлению волны длинакамеры получается существенно меньше, чем в случае применения волноводов иликоаксиальных линий. Отметим также, что направление движения изделия и бегущейэлектромагнитной волны могут совпадать (режим прямотока или прямоточнаясушилка), а могут быть и противоположными (режим противотока). В режимепрямотока наибольшая подводимая к сушилке СВЧ мощность приходится на влажныечасти обрабатываемого диэлектрика, а в режиме противотока — на почти сухие.Важно еще отметить, что при проектировании подобных сушилок необходимоучитывать не только поглощение изделием СВЧ энергии, но и конвективныйтеплообмен с окружающим пространством.

Обеспечение равномерностинагрева по толщине. Для тонких лент (бумаги, стеклоткани и т.п.) проблемы неравномерностинагрева по толщине не возникает, поскольку толщина лент меньше (обычно в 200 —500 раз) рабочей длины волны и нагревающее электрическое СВЧ полепрактически не меняется по толщине материала. Иное дело для материала круглогопоперечного сечения (капроновые канаты, сосисочный фарш и пр.), где диаметрпоперечного сечения соизмерим с рабочей длиной волны (скажем, более 0,1l), особенно еслидиэлектрическая проницаемость материала велика и равна нескольким десяткам.Тогда электрическое СВЧ поле, а следовательно, и нагрев по сечению могут бытькрайне неравномерны. Ели не добиться равномерности выделения тепла по сечению,то выравнивание температуры будет происходить за счет теплопроводности и тогда,чтобы не перегреть области с сильным полем, придется снижать мощность СВЧнагрева и удлинять время обработки. В результате преимущества СВЧ нагрева могутбыть сведены к нулю.

Рассмотрим конкретный пример. В первых установках для нагревастержней круглого поперечного сечения применялся круглый волновод с волнамитипа E0i, вдоль продольной осикоторого по кварцевой трубке пропускалось нагреваемое вещество (рис. 4). При больших значениях eобрабатываемогодиэлектрика, равных 20 — 50 и более, распределение тепла по радиусу получаетсяочень неравномерным: вблизи оси — максимум нагрева, а затем с увеличением rвсе более быстрый спад почти до нуля, причем спад тем более быстрый, чем большеe (рис. 5).

Рис. 4. СВЧ нагреватель длядиэлектрического стержня в виде круглого волновода:

1 — волновод; 2 —нагреваемый диэлектрик; 3 — кварцевая трубка.

Обозначим через g1=<img src="/cache/referats/1839/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> радикальную постояннуюдля области, занимаемой диэлектриком. Здесь k=2p/l— волновое число, а b=2p/lв— постояннаяраспространения волны вдоль продольной оси в объеме обрабатываемогодиэлектрика.

Рис. 5. Распределение мощностиисточников тепла P(r)/P(0) в зависимости от r/rддля различных значений e1в нагревателе, изображенномна рис. 4 (rд=1 см; R=5 см; l=12,6 см).

Теоретический анализ показывает, что мощность источников тепла P(r)в зависимости g1rизменяется волнообразно, а перемещать максимумы и минимумы по направлению rможно изменяя g1.Поэтому для получения равномерного распределения источников по rнеобходимо подобрать соответствующие значения g1. Как видно из формулы для g1, при заданных значениях e1и k=2p/lэто равноценно подборусоответствующего значения b=2p/lв=w/vф,т.е. фазовой скорости волны vфвдоль продольной оси волноведущей системы.

Нагрев по сечению будет равномерным, если первый от оси максимумфункции P(r)=f(g1r)располагается в пределах обрабатываемого диэлектрика при некотором значении 0<r0<rд, а минимум этой функции, вотличие от графиков, приведенных на рис.5, будет расположен вне диэлектрика т.е. при r0>rд. Соответствующие расчетыпоказывают, что наименьшее отклонение функции P(r)=f(g1r)от равномерной имеет местопри r0/rд=0,5и не превышает ±7%своего значения на оси.

Для конкретного случ

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

16-разрядный генератор псевдослучайных чисел

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Разработка процесса изготовления печатной платы

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Блок выравнивания порядков

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Устройство динамической индикации

29 Августа 2013