Исследование процесса термообработки диэлектрических материалов в СВЧ установках с распределенным возбуждением электромагнитного поля

• Автор: Салимов, Ильдар Ибрагимович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 202 с. : ил.

1. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА

ВОЗБУЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В ВОЛНОВОДНЫХ И РЕЗОНАТОРНЫХ СТРУКТУРАХ

| С ЧАСТИЧНЫМ ТЕРМОПАРАМЕТРИЧЕСКИМ

ЗАПОЛНЕНИЕМ

1.1. Математическая модель процесса возбуждения

электромагнитного поля и нагрева произвольных

диэлектрических материалов в установках с бегущей волной и резонаторного типа с учетом характера изменения электрофизических и тепловых параметров в процессе СВЧ термообработки
1.2. Методы решения неоднородной совместной внутренней краевой задачи электродинамики и теплопроводности для волноводных и резонаторных СВЧ нагревательных установок
1.3. Алгоритм и программа численного решения неоднородной внутренней краевой задачи электродинамики и теплопроводности для волноводных и резонаторных СВЧ нагревательных установок
2. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА РАБОЧИХ КАМЕР И ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ТЕРМООБРАБОТКИ РАЗЛИЧНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В СВЧ

НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ

2.1. Электродинамические и тепловые свойства конвейерных СВЧ
нагревательных установок на основе квазистационарных
волноводных структур сложного поперечного сечения электротехнологической термообработки различных
диэлектрических материалов
2.2. Структура электромагнитного и теплового полей СВЧ
нагревательных установок резонаторного типа с произвольным частичным диэлектрическим заполнением
2.3. Основные критериальные параметры, определяющие качество электротехнологии термообработки диэлектрических материалов в СВЧ нагревательных установках волноводного и резонаторного типов
3. ВОЗБУЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В РАБОЧЕЙ
КАМЕРЕ СВЧ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК ВОЛНОВОДНОГО И РЕЗОНАТОРНОГО ТИПОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО ТРЕБУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ТЕРМООБРАБОТКИ
3.1. Необходимые и достаточные условия возбуждения электромагнитного поля и структура поверхностных токов в волноводных и резонаторных структурах
3.2. Методы и системы возбуждения электромагнитного поля в волноводных и резонаторных рабочих камерах СВЧ нагревательных установок
3.3. Исследование систем возбуждения электромагнитного поля в рабочих камерах СВЧ нагревательных установок резонаторного типа и определение путей достижения однородной плотности тепловых источников в данных системах
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ
ЛИТЕРАТУРА

Одной из ключевых проблем СВЧ техники и энергетики является обеспечение равномерного нагрева различных диэлектрических материалов в микроволновых установках резонаторного типа. Уменьшение градиента температуры и термоупругих напряжений позволяет увеличить темп нагрева, интенсивность термообработки и повысить качество обрабатываемого материала. Сложность данной задачи заключается в том, что установки резонаторного типа характеризуются резким изменением напряженности электрического поля, а, следовательно, удельной плотности тепловых источников в объеме обрабатываемого материала что соответственно приводит к значительному перепаду температуры нагрева материала. Величина градиента существенно зависит от режима термообработки -одночастотный или многочастотный. Многочастотный режим термообработки позволяет в значительной степени снизить градиент ду путем соответствующего распределения СВЧ мощности в частотном диапазоне. Однако узкая полоса частот, отпущенных для целей СВЧ энергетики, приводит к необходимости поиска иных способов уменьшения градиента qv и соответственно равномерности нагрева.
Существуют различные способы достижения равномерности нагрева в одночастотном режиме термообработки, которые в основном связаны с изменением конструкции рабочей камеры, направленным на достижение большего числа собственных колебаний возбуждаемых в камере [1,2] и механическое перемещение обрабатываемого материала [3,4].
Все перечисленные методы имеют как определенные достоинства, так и недостатки. Так любой механически движущейся элемент снижает надежность системы и повышает ее стоимость, а вращение поддона с нагреваемым объектом приводит к возникновению радиальной неравномерности нагрева. Усложнение формы рабочей камеры ведет к повышению технологической сложности ее изготовления. Попытки

электродинамических систем, причем одна из них (резонаторная камера) частично заполнена произвольным диэлектрическим материалом, что еще более усложняет расчет данного класса установок.
Основной проблемой установок резонаторного типа является неравномерность нагрева обрабатываемого материала и особенно термопараметрических материалов, поскольку универсальность установок СВЧ нагрева (волноводного, резонаторного и антенного типов) и качество термообработки (равномерность нагрева) взаимоисключающие понятия. То есть, чем более универсальна СВЧ нагревательная установка (резонаторного или антенного типа), тем труднее обеспечить однородную плотность тепловых источников в объеме обрабатываемого материала или равномерность нагрева. Качество термообработки диэлектрических материалов в установках резонаторного типа существенно зависит от конструкции системы возбуждения, габаритов, электрофизических и тепловых свойств нагреваемого материала, а также от расположения материала в рабочей камере (в ближней или дальней зоне возбуждения). Как показано в работах [8,58], более перспективным является расположение обрабатываемого материала в ближней зоне возбуждения, что позволяет посредством изменения свойств возбуждающей системы управлять процессом нагрева и повышать уровень равномерности нагрева. Необходимо отметить, что данный подход улучшения качества обработки является наиболее эффективным, поскольку не приводит к существенному усложнению конструкции установки (использование механического перемещения обрабатываемого материала или диссекторов в области возбуждения электромагнитного поля).
Таким образом, отличительным моментом ВКЗЭ и Т для СВЧ нагревательных установок резонаторного типа по сравнению с установками волноводного типа является неоднородность внутренней краевой задачи электродинамики и однородность задачи теплопроводности в области рабочей камеры, не занятой обрабатываемым материалом. В зоне