Повышение уровня равномерности нагрева диэлектрических материалов и КПД электротехнологических СВЧ-устройств волноводного и резонаторного типов

• Автор: Хамидуллин, Артур Фарухович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 217 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ С ПРОИЗВОЛЬНЫМИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ
МАТЕРИАЛАМИ В ВОЛНОВОДНЫХ И РЕЗОНАТОРНЫХ СТРУКТУРАХ
1.1. Внутренняя краевая задача электродинамики для волноводных и резонаторних структур с частичным термопараметрическим заполнением
1.2. Методы решения совместной внутренней краевой задачи электродинамики и теплопроводности для резонаторных структур с произвольным частичным диэлектрическим заполнением и распределенными, многощелевыми системами возбуждения электромагнитного поля
1.3. Алгоритм и программа решения внутренней краевой задачи электродинамики и теплопроводности для СВЧ нагревательных установок волноводного и резонаторного типов
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА ТЕРМООБРАБОТКИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В КОНВЕЙЕРНЫХ СВЧ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ ВОЛНОВОДНОГО ТИПА НА ОСНОВЕ ВОЛНОВОДОВ СЛОЖНОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ
2.1. Электродинамические и тепловые свойства собственных параметров совместной внутренней краевой задачи электродинамики и теплопроводности для рабочих камер на основе волноводов сложного сечения
2.2. Расчет конструкции рабочей камеры конвейерной установки поперечного типа на основе квазистационарных волноводов
сложного поперечного сечения и режима нагрева
термопараметрического материала в данных установках.
2.3. Исследование продольной плотности тепловых источников и теплового поля в термопараметрическом материале, нагреваемом в конвейерных СВЧ установках на основе квазистационарных ВСС
3. СВЧ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ВОЛНОВОДНОГО И РЕЗОНАТОРНОГО ТИПОВ ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ТЕРМОПАРАМЕТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ИХ
ТЕРМООБРАБОТКИ
3.1. Устройства возбуждения электромагнитного поля в
нагревательных установках на основе волноводов сложного
поперечного сечения и резонаторных структур
3.2. Исследование электротехнологического процесса обработки термопараметрических материалов в конвейерных установках поперечного и продольного типов на основе квазистационарных
волноводов сложного поперечного сечения
3.3 Исследование процесса нагрева термопараметрических материалов в СВЧ нагревательных установках резонаторного типа с распределенными системами возбуждения электромагнитного поля
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ
ЛИТЕРАТУРА

Введение.
СВЧ нагревательные установки волноводного и резонаторного типов нашли широкое применение в технике и энергетике СВЧ. В настоящее время основной проблемой данных установок является равномерность нагрева диэлектрических материалов и, особенно, материалов, электрофизические и тепловые свойства которых изменяются в процессе термообработки. Это достаточно широкий класс материалов и технологий, в которых применение электромагнитной мощности позволяет не только интенсифицировать процесс термообработки, но и повысить качество готовой продукции за счет уменьшения термоупругих напряжений в объеме обрабатываемого материала.
Задача обеспечения равномерного нагрева в установках с бегущей волной распадается на две части: обеспечение однородной удельной плотности тепловых источников в объеме обрабатываемого материала (ру=сопз1:) и теплоизоляция внешней поверхности обрабатываемого материала. Наиболее трудоемкую часть данной задачи представляет обеспечение qv=const, особенно, для термопараметрических материалов. По принципу решения задача достижения qv=const в объеме обрабатываемого материала распадается на две задачи - это обеспечение qs=const в плоскости поперечного сечения волновода и qL=const в направлении распространения электромагнитной волны. Решение первой задачи достигается путем использования волноводов сложного поперечного сечения, имеющих четко выраженный емкостной зазор, электрическое поле в котором однородно (П и Н-волноводы, прямоугольный волновод с Т-ребром, подковообразный волновод, секторный волновод и др.). Вторая задача решается путем соответствующего изменения продольной геометрии рабочей камеры, при котором ц^сог^.
Наиболее сложную задачу представляет повышение уровня равномерности нагрева в установках резонаторного типа, и обеспечение максимального КПД установки. Это достаточно противоречивая задача, поскольку максимальный уровень поглощаемой мощности в данных установках достигается в момент

*4сы)(Кг,т )) = гт(ыД1+а,<ы)/(г,1:)) и<Ь1)= еМ0(Т);
= =^мк0(г);
))'А*Г(к-1)о(Кг>Т(к.1))) = РТ(к-1рсТ(к-1)о(1 + а:Зк 'С?>т)) т=Тм> = СТкоРпо(?)’’
^Т(к-1)(КГ>Х )) = ^(к-1)оО + а:4 ^ (Г>Т )) Ц„ =/^Тко(г)> (1*40)
аТ(к-1)(^СГ>^ )) = ат(к-1)о0 +а5 1 1 С?>Т )) |г=Г(к|) = аТкО©> йТ(к-1)0:(ЧТ )) = аТ(к-1)оО +а'б'1 ' *(ЧТ )) |Г=Г(1|) =й,Тко(Г)>
при тК.1< т< тк,где тк - временной промежуток к-ого итерационного этапа решения нелинейной самосогласованной внутренней краевой задачи электродинамики и теплопроводности для термопараметрических материалов нагреваемых с помощью энергии СВЧ поля в волноводных и резонаторных установках. Число приближений решения данной задачи определяется рабочим диапазоном температур, характером изменения электрофизических и тепловых параметров в рабочем диапазоне температур (экспериментальные кривые) требуемой точностью решения задачи. Заметим, что данный подход требует больших вычислительных ресурсов.
Следует отметить, что в основу предложенного метода решения самосогласованной внутренней краевой задачи электродинамики и теплопроводности для термопараметрических материалов положен принцип электрической (Ех,Еу,Е7) и магнитной (Нх,Ну,Н7) поляризации электромагнитного поля, что позволило неоднородную взаимосвязанную систему уравнений Гельмгольца (1.5) свести к системе однородных уравнений относительно векторов напряженности электрического и магнитного поля. Данная система волновых уравнений при использовании метода последовательных приближений переходит на каждом итерационном этапе решения ВКЗЭиТ, в систему однородных параметрических уравнений гиперболического типа, которые решаются численным методом- метод конечных элементов с применением принципа Галеркина и взвешенных невязок. Характер пространственного изменения электрофизических и тепловых параметров учитывается в узлах сетки разбиения исследуемой области на конечные элементы. Необходимо особо