Специализированные системы обработки образцов диссипативных материалов и сред СВЧ-излучением

• Автор: Комаров, Вячеслав Вячеславович
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 369 с. : ил.

1. АНАЛИТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, ПОДВЕРГАЕМЫХ ВОЗДЕЙСТВИЮ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ

1.1. Диэлектрические и теплофизические характеристики

поглощающих сред

1.2. Приближенные аналитические модели для расчета комплексной диэлектрической проницаемости различных материалов

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СВЧ-ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ

И ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ С ПОТЕРЯМИ В ВОЛНОВОДНЫХ И РЕЗОНАТОРНЫХ СИСТЕМАХ

2.1. Совместная краевая задача электродинамики, теплопроводности

и свободной конвекции

2.2. Алгоритм оценки температурных зависимостей комплексной диэлектрической проницаемости поглощающих материалов

3. СЕТОЧНЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

И ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ В ОБЛАСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ С ДИССИПАТИВНЫМИ ДИЭЛЕКТРИКАМИ
3.1. Метод конечных разностей во временной области
3.2. Метод конечных элементов
3.3. Экспериментальная апробация численных моделей сложной электродинамической системы с объемно-неоднородным диссипативным заполнением
4. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СТРУКТУРЫ ПОЛЕЙ ОДНОРОДНЫХ И НЕОДНОРОДНЫХ ВОЛНОВОДОВ СЛОЖНЫХ СЕЧЕНИЙ
4.1. Классификация волноводов сложных сечений и их применение
в микроволновой технике
4.2. Приближенные методы расчета волноводов с емкостным зазором
4.3. Численный анализ электродинамических характеристик волноводов
сложных сечений в двумерном приближении
5. ТРЕХМЕРНОЕ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
И ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ СВЧ-КАМЕР СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ
5.1. Короткозамкнутые отрезки волноводов сложных сечений
с неоднородным поглощающим заполнением
5.2. Вспомогательные элементы специализированных камер
5.3. Комплексные специализированные системы СВЧ-обработки
5.4. Поля температур и скоростей потоков жидких сред в области
взаимодействия
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Наряду с такими уже традиционными сферами применения энергии микроволнового излучения в научных целях, как физика плазмы, радиоспектроскопия и метрология, в настоящее время интенсивно развиваются новые наукоемкие направления: СВЧ-химия, СВЧ-биология, СВЧ-реология и т.д. В частности, СВЧ-излучение успешно применяется как катализатор химических реакций пробоподготовки, дегидрации, органического и неорганического синтеза, вулканизации и полимеризации различных веществ [1-7]. В области медицины важное значение приобретают СВЧ-диагностика биологических тканей [8], изучение последствий воздействия СВЧ-излучения на живые организмы [9] и создание новых фармакологических препаратов [10]. В материаловедении исследуются механизмы взаимодействия СВЧ-излучения с нанокомпозитными диэлектриками. Кроме того, появились новые технологии обработки пищевых изделий, например технология иммерсионной СВЧ-стерилизации
Выпускаемые отечественными (ГНПП «Торий») и зарубежными (СЕМ, Milestone, Prolabo) производителями специализированные системы СВЧ-обработки диссипативных материалов и сред подразделяются на две основные группы: многомодовые СВЧ-печи и одномодовые волноводно-резонаторные камеры прямоугольной [1,7] или цилиндрической [4,6] конфигурации. Многомодовые системы позволяют исследовать сразу несколько образцов, но для выравнивания ЭМ полей и компенсации отраженной мощности в них используются специальные элементы подстройки, что оказывает влияние на массогабаритные показатели. Одномодовые устройства предназначены для нагрева, как правило, одного образца, но и здесь возникают проблемы низкой энергетической эффективности системы и неравномерности тепловыделения в

быть также успешно реализованы высокотемпературные процессы на основе эффекта автокаталитического тепловыделения при образовании локальных зон перегрева, а также процессы прокалки в аэрозольных системах [84].
К сожалению, в настоящее время опубликовано очень мало сведений о диэлектрических свойствах химических веществ, которые зависят от температуры. В большинстве случаев эти данные приводятся для комнатной температуры, как, например, это сделано в докладе [7], где были измерены значения e'-je" на частоте 2.44 ГГц для диметилформамида (36-j6), дихлорметана (9.5 - j0.3), ацетоннитрила (34 - j2), и в монографии [50] , где на / = 3 ГГц были экспериментально установлены данные для
дибутилсебацианта (3.8 - j0.81), диоктилсебацианта (2.75 - j0.355), тетрахлорэтилена (2.28 - j0.23) и гексахлорбутадиента (2.51 - J0.06). В работе [85] методом волноводного моста были проведены измерения комплексной диэлектрической проницаемости мелкодисперсионного химического продукта в интервале 20 < Т°С <90 и 2 < W% < 16. К сожалению, авторы [85] не указали химический состав исследуемого вещества и рабочую частоту, на которой проводились измерения. На рис. 1.10,а приведены диэлектрические свойства poly-vinyl-chloride на частоте 2.45 ГГц, исследованные экспериментально в работе [86]. Там же можно найти сведения о г'{Т) и е"(7) другого химического вещества poly-carbonate. Для этой же частоты 2.45 ГГц в работе [87] резонансным методом были измерены температурные зависимости комплексной диэлектрической проницаемости клеевых химических соединений ALFO DN41 и NA62, применяемых в деревообрабатывающей промышленности (см. рис. 1.10,6).
Помимо однородных жидких химических материалов на практике часто приходится иметь дело со смесями и растворами различных веществ. Одним из таких примеров может служить смесь воды и селикагеля с добавлением NaCl, для которой в работе [88] волноводным методом с помощью коаксиальной измерительной линии были измерены зависимости е'(7) и г '(Т) для fj = 2375 МГц, показанные на рис. 1.11.